基本信息
- 项目名称：
- 不同形貌Ni(OH)2的可控合成及相关性能研究
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 本文采用溶剂热法成功合成了棒状和球状β-Ni(OH)2，对产物的物质结构和形貌进行了表征。考察了实验条件，如反应温度、时间等，对产物形貌的影响，并初步讨论了其形成机理。该合成方法简单、反应条件温和。 同时，我们将各种形貌的Ni(OH)2 经退火处理得NiO，研究了不同形貌的NiO对活性染料的吸附性能的强弱，得到花状的样品具有优良的吸附性能。可望在工业染料废水的处理上获得应用。
- 详细介绍：
- 本文采用溶剂热法成功合成了棒状和球状β-Ni(OH)2，用X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)分别对产物的物质结构和形貌进行了表征。以扫描电子显微镜(SEM)为表征手段，考察了实验条件，如反应温度、时间等，对产物形貌的影响，并初步讨论了其形成机理。实验结果表明，在反应温度为130 ℃时，产物为微米棒，140 ℃时产物为微米花， 170 ℃时产物为微米管，反应温度升高至190 ℃时，产物为由纳米片构筑的球状结构。该合成方法简单、反应条件温和，是合成纳米材料的一种有效方法。 我们将各种形貌的Ni(OH)2 经退火处理得NiO，然后用20mg/L的活性染料来模拟废水，考察了用量、时间、PH值和温度等因素对不同的形貌NiO微观吸附脱色性能的影响，并对实验结果进行了分析说明和探讨。结果表明棒状和球状的NiO均不具备相应的吸附脱色能力，而花状和管状的NiO由于具有较大的比表面积，较高的吸附亲合势，良好的机械强度，在对于活性染料的吸附方面表现出较强的吸附能力。
作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 本作品旨在探索简单易控的Ni(OH)2的合成路径，寻求更理想的，具有较高应用价值的氢氧化镍微观形貌，为镍系列电池的发展注入活力。另外，关于不同形貌的Ni(OH)2退火处理后的NiO的微观吸附性能的研究，在活性染料废水处理上有一定的应用前景。 本作品采用溶剂热法，通过改变反应温度、反应时间可控地合成了棒状、管状、球状和花状的氢氧化镍。并研究了对应形貌的NiO的微观吸附性能。
科学性、先进性及独特之处
- Ni(OH)2常作为镍系列电池的正极材料活性物质，其特点是比表面积大，质子扩散快，扩散路径短，电化学活性大。对于微/纳米材料如棒状、管状、球状及花状Ni(OH)2，是一类在空间上既具有纳米尺寸，又具有宏观尺度的材料，因而是研究电子传输行为的理想系统。 本合成方法简单、反应条件温和、产物形貌易控。其中花状产物经高温退火处理，能有效吸附有机活性染料，这对于处理印染工业的废水，具有较高的应用价值。
应用价值和现实意义
- 由于棒状、管状、球状及花状Ni(OH)2微纳米材料具有大的比表面积、优良的反应活性等特性在介观领域和纳米器件研究方面有着重要的应用前景。而直接影响电池性能正极活性材料的可控合成，将对碱性电池的发展注入新的活力，有助于寻找优良的电极材料。各种形貌的微观粒子退火后做了吸附性能的研究，结果表明，花状NiO具有相当好的吸附活性染料的能力，在工业净水，环境保护方面具有一定的现实意义。
学术论文摘要
- 本文采用溶剂热法成功合成了棒状和球状β-Ni(OH)2，用X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)分别对产物的物质结构和形貌进行了表征。以扫描电子显微镜(SEM)为表征手段，考察了实验条件，如反应温度、时间等，对产物形貌的影响，并初步讨论了其形成机理。实验结果表明，在反应温度为130 ℃时，产物为微米棒，140 ℃时产物为微米花， 170 ℃时产物为微米管，反应温度升高至190 ℃时，产物为由纳米片构筑的球状结构。该合成方法简单、反应条件温和，是合成纳米材料的一种有效方法。 我们将各种形貌的Ni(OH)2 经退火处理得NiO，然后用20mg/L的活性染料来模拟废水，考察了用量、时间、PH值和温度等因素对不同的形貌NiO微观吸附脱色性能的影响，并对实验结果进行了分析说明和探讨。结果表明棒状和球状的NiO均不具备相应的吸附脱色能力，而花状和管状的NiO由于具有较大的比表面积，较高的吸附亲合势，良好的机械强度，在对于活性染料的吸附方面表现出较强的吸附能力。
获奖情况
- 2011年2月25日发表于《广东化工》。
鉴定结果
- 审核通过，同意发表。
参考文献
- 中文科技期刊全文数据库（维普） 中国知识资源总库——CNKI 系列数据库
同类课题研究水平概述
- 纳米晶的物理化学性质强烈地依赖于粒子的尺寸和形状，因而合成形貌可控的纳米晶已成为一个重要的研究方向。氢氧化镍Ni(OH)2作为二次电池的电极材料而受到人们重视。用于电池电极材料的球形Ni(OH)2粉一般通过化学沉淀法制备，即在均匀的碱性溶液中水解镍盐以获得沉淀。这样制得的粒子通常都不是纳米量级。因而，研究纳米Ni(OH)2的合成很有必要。 进一步研究发现Ni(OH)2的电化学活性，本质上决定于其微观结构Ni(OH)2。在电极中的填充密度与其表面形貌有很大关系。球形氢氧化镍具有较高的堆积密度，是同类课题研究的热点，而其他形貌的研究相对较少。因此系统地研究Ni(OH)2的活性、堆积密度、结构与形貌以及它们之间的相互关系，不但对于我国迅速发展的MH-Ni电池正极的研制与开发是必不可少，而且对于电极材料Ni(OH)2以及Ni(OH)2电极的制备，都具有十分重要的指导意义。 传统的制备氢氧化镍方法包括，化学沉淀法，静电纺丝法，溶胶一凝胶法，水热法，电沉积法，微波法。 另外，国内有报道介孔氧化镍的研究，纳米级NiO因晶粒尺寸小、比表面积大、化学活性高、具有良好的热敏和气敏等特性而在功能陶瓷、催化剂、玻璃、电极材料、涂料、热敏元件、气敏元件、电子元件等方面的用途得到扩大表现出优异的催化性能和电学性能。在吸附方面也主要是和一些其他金属氧化物掺和形成复合材料，对于NiO单独吸附的方面的研究，未见报道。
