CN113526575A - 一种羟基氯化镍纳米材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的一种羟基氯化镍纳米材料及其制备方法属于Ⅷ族羟基氯化物纳米材料的制备领域。所述的羟基氯化镍纳米材料，是由镍、羟基与氯以化学计量数为1:1:1的比例构成的化合物NiOHCl，具有纳米片状形貌，纳米片具有平直规则的表面。制备方法为以六水合氯化镍结晶性粉末、氢氧化镍粉末为原料，首先将两种原料充分混合并研磨30‑60分钟，然后在温度为130～170℃密封加热5～7小时，反应结束后，冷却至室温，将产物继续研磨10‑30分钟，得到羟基氯化镍纳米材料。该方法克服以往制备过程中的缺点，方法简单，成本低，易于控制。

Description

一种羟基氯化镍纳米材料及其制备方法
技术领域
本发明属于Ⅷ族羟基氯化物纳米材料的制备领域，特别涉及一种简单、新颖、高效的制备羟基氯化镍纳米材料的方法。
背景技术
寻找高效清洁的新能源和能源存储技术一直都是人们备受关注的研究课题。氢氧化镍和氧化镍是国际能源新材料领域重点关注和研究的对象，它们具有更高的比电容、功率密度和能量密度。羟基氯化镍作为合成氢氧化镍和氧化镍的重要前驱体之一，对它的研究也显得极具现实意义。
羟基氯化镍是二维层状纳米材料的一种。自发现石墨烯以来，其他新型二维层状材料一直是材料研究领域的热点。到目前为止，已经有约七百多种二维材料被证实稳定存在，已应用于生物监测、电催化、储能等多个领域。
Hu等采用溶剂热法，从团簇组装的角度合成了类富勒烯结构的羟基氯化镍。Zhao等采用溶剂热法合成了羟基氯化镍花状微球，这种制备方法被后来的研究者多次重复，可作为前驱体制备氢氧化镍微球，以提高电化学性能。随着研究者们的探索，羟基氯化镍已被应用于锂离子电池的阳极材料，提高了电池的存储性能。此外，由于镍基材料优异的电催化性能，羟基氯化镍还被应用于电化学传感器检测葡萄糖。镍作为人体的一种微量元素，可以激活胰岛素，对糖代谢和脂肪代谢具有一定的作用。羟基氯化镍作为镍化合物的一种，可以作为镍元素的添加剂，在医疗领域有所作用。
目前，研究人员们大多采用溶剂热或水热合成的方法合成此材料，在反应过程中会产生废液等其它副产物，而镍化合物具有环境毒性与致癌性，因此采用一种新方法合成羟基氯化镍就显得尤为重要。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，提供一种固相反应制备羟基氯化镍(NiOHCl)纳米片的新方法。该方法克服以往制备过程中的缺点，方法简单，成本低，易于控制。
具体技术方案如下：
一种羟基氯化镍纳米材料，其特征在于：产物是由镍(Ni)、羟基(OH)与氯(Cl)以化学计量数为1:1:1的比例构成的化合物NiOHCl，属于六方晶系，空间群R-3m，具有准二维层状结构；产物具有纳米片状形貌，纳米片厚度为6-50nm，边长为20-520nm，纳米片具有平直规则的表面。
一种羟基氯化镍纳米材料的制备方法，以六水合氯化镍结晶性粉末、氢氧化镍粉末为原料，其中六水合氯化镍和氢氧化镍的摩尔比为1～1.2:1；首先将六水合氯化镍结晶性粉末倒入研钵中研磨10-20分钟，然后将两种原料充分混合并研磨30-60分钟，将研磨好的混合物放入反应釜中，在温度为130～170℃密封加热5～7小时，反应结束后，冷却至室温，将产物继续研磨10-30分钟，得到浅绿色粉末样品，即为羟基氯化镍(NiOHCl)纳米材料。
在反应过程中，所述密封加热，温度优选170℃，反应时间优选5小时。
两种原料充分混合后研磨时间优选40分钟；冷却至室温后继续研磨时间优选15分钟。
有益效果：
本发明首次利用固相反应法合成羟基氯化镍(NiOHCl)纳米片。与原有技术相比，该方法无需借助有机溶剂和催化剂，成本低，操作简单，反应时间短，反应条件容易达到，不产生其他副产物和有害物质，提高了原料的利用率，易于大规模合成。所制备的纳米片产量高，厚度为6-50nm，为羟基卤化物层状纳米材料性质的研究奠定了基础。
附图说明
图1是实施例1制得的NiOHCl纳米片的SEM图。
图2是实施例1制得的NiOHCl纳米片的SEM图。
图3是实施例1制得的NiOHCl纳米片的EDS图。
图4是实施例1制得的NiOHCl纳米片XRD谱图。
图5是实施例2制得的NiOHCl纳米片的SEM图。
图6是实施例3制得的NiOHCl纳米片的SEM图。
图7是实施例4制得的NiOHCl纳米片的SEM图。
图8是实施例5制得的样品的XRD谱图。
具体实施方式
实施例1
以六水合氯化镍粉末和氢氧化镍粉末为原料，首先称取0.2853g NiCl2·6H2O结晶性粉末(1.2mmol)，倒入研钵中研磨15分钟，然后称取0.0927g Ni(OH)2(1mmol)加入研钵中，充分混合并研磨40分钟，将研磨好的混合物放入反应釜中，在反应温度为170℃下反应5h，反应结束后，冷却至室温，将产物继续研磨15分钟，得到浅绿色粉末(NiOHCl)样品。
本实施例是最佳实施例。
图1和图2给出了上述条件制备的NiOHCl纳米材料的SEM图，可以看出NiOHCl产物为纳米片状形貌，纳米片厚度为6-50nm，边长为20-520nm，纳米片具有平直规则的表面。图3给出了上述条件制备的纳米片的EDS谱图，可以得出纳米片只由Ni、O、H、Cl四种元素组成(其中H元素为无法测试元素)并且Ni、O、Cl三种元素在样品中的原子百分比大致为1:1:1。
实施例2
以六水合氯化镍粉末和氢氧化镍粉末为原料，首先称取0.2853g NiCl2·6H2O结晶性粉末，倒入研钵中研磨15分钟，然后称取0.0927g Ni(OH)2加入研钵中，充分混合并研磨40分钟，将研磨好的混合物放入反应釜中，在反应温度为150℃下反应5h，反应结束后，冷却至室温，将产物继续研磨15分钟，得到浅绿色粉末(NiOHCl)样品。
图5给出了上述条件下制备的NiOHCl纳米材料的SEM图，可以看出材料仍呈薄片状，样品颗粒感明显，样品表面不光滑。
实施例3
以六水合氯化镍粉末和氢氧化镍粉末为原料，首先称取0.2853g NiCl2·6H2O结晶性粉末，倒入研钵中研磨15分钟，然后称取0.0927g Ni(OH)2加入研钵中，充分混合并研磨40分钟，将研磨好的混合物放入反应釜中，在反应温度为130℃下反应5h，反应结束后，冷却至室温，将产物继续研磨15分钟，得到浅绿色粉末(NiOHCl)。
图6给出了上述条件下制备的NiOHCl纳米材料的SEM图，可以看出材料仍呈片状，部分纳米片变厚，样品表面不光滑。
实施例4
以六水合氯化镍粉末和氢氧化镍粉末为原料，首先称取0.2853g NiCl2·6H2O结晶性粉末，倒入研钵中研磨15分钟，然后称取0.0927g Ni(OH)2加入研钵中，充分混合并研磨40分钟，将研磨好的混合物放入反应釜中，在反应温度为150℃下反应7h，反应结束后，冷却至室温，将产物继续研磨15分钟，得到浅绿色粉末(NiOHCl)
图7给出了上述条件下制备的NiOHCl纳米材料的SEM图，可以看出材料仍呈薄片状，样品表面不光滑，颗粒感明显。
实施例5
以六水合氯化镍粉末和氢氧化镍粉末为原料，其中六水合氯化镍和氢氧化镍的摩尔比为1:1。首先称取0.2377g NiCl2·6H2O结晶性粉末(1mmol)，倒入研钵中研磨15分钟，然后称取0.0927g Ni(OH)2加入研钵中，充分混合并研磨40分钟，将研磨好的混合物放入反应釜中，在反应温度为150℃下反应7h，反应结束后，冷却至室温，将产物继续研磨15分钟，得到浅绿色粉末。
图8给出了上述条件下制备的样品的XRD谱图，可以看出出现许多杂质峰，说明在六水合氯化镍和氢氧化镍摩尔比为1:1的情况下可以合成羟基氯化镍，但合成的样品不纯。

Claims (4)

1.一种羟基氯化镍纳米材料，其特征在于：产物是由镍、羟基与氯以化学计量数为1:1:1的比例构成的化合物NiOHCl，属于六方晶系，空间群R-3m，具有准二维层状结构；产物具有纳米片状形貌，纳米片厚度为6-50nm，边长为20-520nm，纳米片具有平直规则的表面。
2.一种权利要求1所述的羟基氯化镍纳米材料的制备方法，以六水合氯化镍结晶性粉末、氢氧化镍粉末为原料，其中六水合氯化镍和氢氧化镍的摩尔比为1～1.2:1；首先将六水合氯化镍结晶性粉末倒入研钵中研磨10～20分钟，然后将两种原料充分混合并研磨30～60分钟，将研磨好的混合物放入反应釜中，在温度为130～170℃密封加热5～7小时，反应结束后，冷却至室温，将产物继续研磨10～30分钟，得到浅绿色粉末样品，即为羟基氯化镍纳米材料。
3.根据权利要求2所述的一种羟基氯化镍纳米材料的制备方法，其特征在于，在反应过程中，所述密封加热，温度为170℃，反应时间为5小时。
4.根据权利要求2所述的一种羟基氯化镍纳米材料的制备方法，其特征在于，两种原料充分混合后研磨时间为40分钟；冷却至室温后继续研磨时间为15分钟。
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