[發明專利]包覆有惰性外殼的復合鎳納米顆粒及其制備方法

有效

• 申請號: 201410157034.1
• 申請日: 2014-04-19
• 公開（公告）號: CN103920873A
• 公開（公告）日: 2014-07-16
• 發明（設計）人: 張猛;張運強;陳科委;劉成;閆國進;王改民
• 申請（專利權）人: 河南工業大學
• 主分類號: B22F1/02
• 分類號: B22F1/02;B22F9/24
• 代理公司: 鄭州異開專利事務所(普通合伙) 41114
• 代理人: 王霞

技術領域

本發明涉及無機復合材料制備技術領域，尤其是涉及一種包覆有惰性外殼的復合鎳納米顆粒，本發明還涉及該復合鎳納米顆粒的制備方法。

背景技術

?作為一種過渡金屬納米材料，鎳納米顆粒因其獨特的理化性能，在高密度磁存儲、傳感器、電池電極、儲氫、硬質合金粘結劑、催化劑和催化劑載體等領域獲得了廣泛而持久的關注。但是同普通鎳材料相比，鎳納米顆粒的化學性質更為活潑，極易在空氣中被氧化，使其應用大受局限（魏智強等，中國有色金屬學報，2009，19，2038-2043）。因此，如何制備出難以氧化的鎳納米顆粒就成為該領域研究中一個亟待解決的課題。?

在鎳納米顆粒表面包覆惰性外殼，能夠有效防止其氧化。氫氧化鎂是一種合適的惰性外殼材料，它具有良好的化學穩定性和熱穩定性，在無毒阻燃劑、酸中和劑、重金屬吸附和煙氣脫硫等方面有著重要的商業價值（魏炳舉等，海湖鹽與化工，2003，32，26-33）。

目前已獲得了多種鎳同金屬或非金屬的復合納米結構，而鎳與氫氧化鎂的復合納米結構還未見報道。在現有技術中制備鎳復合納米結構的方法也有多種，如溶膠-凝膠法，電沉積法、化學超聲法、微乳液法和水熱/溶劑熱法等，這些方法雖各有特點，但由于自身的局限性所限，不能滿足鎳與氫氧化鎂復合納米顆粒的制備。

發明內容

本發明的目的在于提供一種應用范圍更廣的包覆有惰性外殼的復合鎳納米顆粒，同時本發明還提供了一種成本更為低廉的復合鎳納米顆粒的制備方法。

為實現上述目的，本發明可采取下述技術方案：

本發明所述的包覆有惰性外殼的復合鎳納米顆粒，內核為金屬鎳顆粒，粒徑約為20~80nm，外殼為無定形氫氧化鎂薄膜包覆層，厚度約10~15?nm。

所述復合鎳納米顆粒的制備方法為：在體積比1:8的水和環己烷混合溶液中，加入4~20g/L的聚乙烯吡咯烷酮（K-30），得到乳狀液；在乳狀液中加入0.02?-?0.1?mol/L的可溶性二價鹽和20?-?200?mL/L的氨水，攪拌混合均勻后，再加入0.02?-?0.1?mol/L的鎂粉，充分攪拌后置于高壓釜中，180~220℃條件下反應20小時，通過二價鎳與單質鎂的氧化還原反應，得到含有灰黑色沉淀的渾濁液；將該渾濁液自然冷卻后，離心分離、洗滌，收集灰黑色沉淀，真空干燥后即可得到包覆氫氧化鎂外殼的復合鎳納米顆粒。

所述可溶性二價鹽包括氯化鎳、硫酸鎳、醋酸鎳。

本發明的優點在于針對鎳納米顆粒易于氧化的問題，結合氫氧化鎂良好的化學穩定性與熱穩定性，采用了成本低廉的原料和設備制造出了核殼復合的鎳納米顆粒（Ni/Mg(OH)₂），成品復合鎳納米顆粒為灰黑色粉末，用X射線衍射（XRD）和X射線光電子能譜（XPS）分析其物相組成，用透射電鏡（TEM）觀察其形貌和尺寸。所得產物鎳核純度高（XRD未檢出其他雜相），粒徑分布均勻，并能在20~80nm范圍內調控（通過改變氨水的加入量即可控制產物的尺寸）；氫氧化鎂外殼為非晶態，可用XPS檢出。Ni/Mg(OH)₂核殼復合納米結構在保持了鎳納米顆粒自身特性的基礎上，抗氧化性大為改善，在空氣中暴露30天無明顯氧化，并兼具無定型氫氧化鎂的特性，拓寬了其應用范圍。制備方法簡單易行且低毒少污染，反應條件溫和，能耗較低，環境友好；整個制備流程操作簡單，技術較易掌握，只需在設定的物料配比、溫度和時間下反應即可，可迅速投入批量生產。

附圖說明

圖1為本發明實施例1制備的復合鎳納米顆粒的XRD花樣圖。

圖2a、圖2b、圖2c為本發明實施例1制備的復合鎳納米顆粒的XPS圖譜。

圖3為本發明實施例1制備的復合鎳納米顆粒的TEM照片。

圖4為本發明實施例2制備的復合鎳納米顆粒的TEM照片。

具體實施方式

下面通過具體實施例對本發明做進一步說明。

實施例1

將5?ml的水和40?ml的環己烷混合，加入0.45?g的聚乙烯吡咯烷酮，攪拌后得到環己烷/聚乙烯吡咯烷酮/水乳狀液，然后再向此乳狀液中依次加入2.5?mmol?六水合氯化鎳、10?ml氨水和2.5?mmol鎂粉，充分攪拌后置于聚四氟乙烯內襯的高壓釜中，于200?℃反應20小時，自然冷卻至室溫后，將釜內混濁液經離心分離（4000轉/分）得到沉淀物，然后依次用去離子水和無水乙醇洗滌沉淀物3-5次后，收集所得沉淀物在烘箱中50℃真空干燥4小時，得到的灰黑色粉末（產物）即為Ni/Mg(OH)₂核殼復合納米顆粒。