[發(fā)明專利]一種六水氯化鎳的乙醇溶液中電沉積制備納米鎳粉的方法

在審

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• 申請日: 2013-12-10
• 公開（公告）號: CN103722167A
• 公開（公告）日: 2014-04-16
• 發(fā)明（設計）人: 張貴鋒;車參燕;侯曉多;高曉霞;鄧德偉
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: B22F1/00
• 分類號: B22F1/00;C25C5/02;B82Y40/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發(fā)明屬于金屬納米粒子合成技術領域，提出了一種液相電沉積法制備納米鎳粉的方法。?

背景技術

納米微粒由于結構和常規(guī)材料的不同，具有小尺寸效應、表面效應、量子效應、宏觀量子隧道效應等，呈現出許多奇異的物理、化學性質，有著許多優(yōu)異的力學、熱學、光學、磁學和電學等性質及新規(guī)律，使得納米材料具備其它一般材料所沒有的優(yōu)越性能，在化工、電子、冶金生物、國防等各個領域有著越來越廣泛的應用前景。?

納米鎳粉具有優(yōu)良的磁性，電導率，高熔點和廉價等一系列優(yōu)良的性質，使其在催化劑、燒結活化劑、導電料漿、電池、硬質合金粘結劑等方面有著廣泛的應用。?

納米鎳粉的制備及其工藝的研究也由來已久。目前，納米鎳粉的制備方法很多，包括氣體蒸發(fā)-冷凝法、活性氫-熔金屬反應法、電弧法、等離子體法、濺射法等氣相法和液相還原法、溶膠-凝膠法、微乳液法、水熱法、輻照法等液相法及機械合金化等固相法。國際市場上實現批量生產的主要是以日本采用的化學氣相沉積、加拿大采用的羥基鎳分解、以及美國量子球公司和中國寧波采用的蒸發(fā)-冷凝法，這些方法生產設備復雜、成本高，導致目前國際市場上的納米鎳粉價格非常昂貴。眾所周知，液相法具有耗能少、操作簡便等優(yōu)點，具有非常可觀的工業(yè)化生產前景，也是實驗室廣泛的制備方法。液相法制備納米鎳粉的基本原理是將鎳鹽溶解于水溶劑中，在還原劑（硼氫化鈉/鉀、水合肼、次磷酸鈉等）的作用下鎳離子還原為鎳原子，經過形核生長得到直徑在數十納米的超細鎳粉。但是，目前液相法制備鎳粉還存在一些問題，如所用還原劑存在要么價格昂貴；要么有毒易?爆，對實驗人員、生產勞動者的身體和環(huán)境造成損害；要么引入雜質原子的缺點；而且反應過程中生成的納米鎳粉由于表面能大，在水分子作用下容易發(fā)生表面氧化和團聚現象。?

發(fā)明內容

本發(fā)明要解決的技術問題是，提供一種制備納米鎳粉的方法——電化學法，以解決目前液相法制備鎳粉的還原劑問題和納米鎳粉表面氧化問題。其基本原理是選擇六水合氯化鎳為鎳鹽，將其溶解在純乙醇中。純乙醇的氧化性低于去離子水，因此可以有效降低納米鎳粉的表面氧化。實驗中選擇金屬鈦、鉑片為陰陽極，固定陰陽極間距，加直流脈沖電壓。當電壓大于某值時，溶液陰極附近的鎳離子會發(fā)生還原反應，生成鎳原子，形核長大后得到鎳納米粉。鎳納米粒子尺寸由電壓、溶液中鎳鹽濃度和引入分散劑來控制。該方法具有操作簡單，無污染，產量高，廉價，實驗可重復性好等一系列優(yōu)點。?

實現該技術方案的步驟如下：?

第一步，電極預處理：以鈦金屬片和鉑金屬片為陰極和陽極，經過有機溶劑和去離子水清洗，備用；?

第二步，配置六水氯化鎳的乙醇溶液，其濃度不小于5.9g/L；?

第三步，將上述的六水氯化鎳的乙醇溶液置于反應槽中，施加脈沖直流電壓，反應后收集產物，用有機溶劑對其清洗，即得到鎳粉。?

本發(fā)明的效果和益處是使用液相電沉積法，在不用其他還原劑和表面活性劑的條件下成功地于單一的六水氯化鎳的純乙醇溶液中制備出納米量級的鎳粉，其平均晶粒大小范圍20～60nm，矯頑力范圍171～313Oe，飽和比磁化強度范圍35.78～42.54emu/g，剩余比磁化強度范圍10.66～14.68emu/g。同時具有以下優(yōu)點，1）避免了使用硼氫化鈉/鉀、水合肼、次磷酸鈉等常用的還原劑，在電能的輔助下從鎳鹽中還原出鎳粉；2）溶劑為純乙醇體系而非水性溶劑可以降低晶粒的粒徑，?提高顆粒的分散性，即使沒有表面活性劑也能制備出粒徑較小的的粉末；3）六水氯化鎳為單一鎳源，簡化了操作流程，產物的分離清洗更加簡單，試劑還可實現重復利用。?

本發(fā)明的反應體系簡單、操作簡便、設備要求低，易實現大規(guī)模生產，有廣闊的產業(yè)化前景且對納米金屬粉末的制備和工業(yè)化生產都具有重要的意義。?

具體實施方式

以下結合技術方案詳細敘述本發(fā)明的具體實施方式。?

實施例1?

用國內市場上出售的分析純NiCl₂·6H₂O和無水乙醇為原料，鈦和鉑片為陰陽電極，準備一個直流脈沖電源，一個石英玻璃電解槽，施加電壓制備納米鎳粉。其具體實施步驟如下：?

第一步：對電極進行預處理，將電極用丙酮-無水乙醇-去離子水依次超聲清洗10分鐘，再用電吹風吹干，待用；?

第二步：配置六水氯化鎳的無水乙醇溶液，并倒入石英玻璃電解槽，質量濃度分別為6g/L；?

第三步：安裝電極，電極間距為3cm，連接電路，將電壓控制在40V，脈沖頻率4KHZ，通斷比0.4，常溫常壓下反應；?