专利名称：一种中空氧化镍纤维及其制备方法
技术领域：
本发明属于一种纤维及其制备方法，具体地说涉及一种由纳米氧化镍颗粒组成的中空纤维及其制备的方法。
背景技术：
纳米氧化镍具有尺寸小、比表面积高、电化学活性优良的特点，广泛应用在催化剂、传感器、超级电容器电极等方面。纳米氧化镍的制备主要是化学方法，如含镍的金属化合物与含羟基的碱溶液反应生成氢氧化镍沉淀，或者在含镍的金属盐中加入沉淀剂得到含镍的固体沉淀，再通过热分解处理氢氧化镍沉淀或固体沉淀物得到纳米氧化镍。还可以通过溶胶-凝胶法和微乳液法得到含镍的凝胶与氢氧化镍的微乳液，然后通过热处理凝胶与微乳液得到纳米氧化镍。另外，通过超声波热分解法，使用NiCl2溶液，当热分解温度达到 1100°C时，同样可以得到纳米氧化镍。但是，通过上述各种方法得到的纳米氧化镍都限于颗粒形态。为了得到氧化镍的薄膜，可以在金属薄片表面电化学沉积氢氧化镍薄膜，在300°C 下热分解处理最后得到氧化镍的薄膜。利用此方法得到的氧化镍薄膜具有优良的电化学性能。电镀同样可以在基体表面生成一层薄膜，而且薄膜的厚度可以通过电镀的电流密度与时间控制。电镀是利用电解作用使金属或其它材料制件的表面附着一层金属膜的工艺。电镀工艺设备简单、成本低、可以连续生产，工业生产中在金属及炭质基体上电镀镍、铜等已经广泛的应用。但是，单独的电镀不能制备出氧化镍，电镀技术尚未被用来制备氧化镍。
发明内容
本发明的目的是提供一种电镀制备纳米氧化镍颗粒组成的中空氧化镍纤维的工艺。本发明所述的中空氧化镍纤维是在电镀液中以炭质纤维为基体，恒电流下电镀得到表面沉积纳米镍颗粒的纤维，之后通过高温热处理除去炭质纤维基体并且反应生成纳米氧化镍颗粒组成的中空氧化镍纤维。本发明的中空氧化镍纤维是由氧化镍颗粒组成的，氧化镍颗粒为50 500纳米， 中空氧化镍纤维的中空孔道为5 25微米，氧化镍纤维的壁厚为0. 1 10微米。本发明的制备方法如下(1)配制电镀液电镀液以水为溶剂，将NiSO4 · 6H20、NiCl2 · 6H20、硼酸和十二烷基硫酸钠配制成 NiSO4 ·6Η20 浓度为 80 800g/L, NiCl2 ·6Η20 浓度为 20 200g/L，硼酸浓度为 10 IOOg/ L，十二烷基硫酸钠浓度为0. 1 2g/L的电镀液；(2)制备中空氧化镍纤维将炭质纤维使用蒸馏水进行超声处理，将处理过的炭质纤维作为阴极，镍片作为阳极放入步骤(1)制备的电镀液中，恒电流电镀10 300min，取出纤维用蒸馏水洗涤至
3无镀液残留，将洗涤后的纤维置于80 100°C下干燥2 10h，干燥后的纤维置于500 1000°C下，灼烧 10 200min。所述的炭质纤维为中间相浙青炭纤维，通用级浙青炭纤维，聚丙烯腈(PAN)基炭纤维、粘胶基炭纤维或酚醛基炭纤维中的一种。本发明与现有技术相比具有以下优点1、本发明制备了具有中空形状的纤维(见图1)，纤维壁厚可控。2、本发明制备的纤维成分为氧化镍(见图2)。3、本发明制备的中空氧化镍纤维由纳米氧化镍颗粒组成(见图3)。4、本发明所述的方法工艺简单、便于工业化生产。5、本发明制备的中空氧化镍纤维具有高的比表面积，优良的化学活性。本发明利用电镀技术在炭质纤维基体上电镀金属镍，再经过氧化处理，制备中空氧化镍纤维。
图1是实例1得到的中空形状的纤维径向扫描电镜2是实例1得到的中空氧化镍纤维X射线衍射3是实例1得到的中空氧化镍纤维轴向扫描电镜4是实施例2得到的中空氧化镍纤维径向扫描电镜5是实施例2得到的中空氧化镍纤维轴向扫描电镜6是实施例3得到的中空氧化镍纤维径向扫描电镜7是实施例3得到的中空氧化镍纤维X射线衍射8是实施例3得到的中空氧化镍纤维轴向扫描电镜9是实施例4得到的中空氧化镍纤维径向扫描电镜10是实施例4得到的中空氧化镍纤维X射线衍射11是实施例4得到的中空氧化镍纤维轴向扫描电镜图
具体实施例方式为了更好理解本发明内容，下面通过具体实施例对本发明进一步说明，但是本发明要求保护的范围并不局限于实施例所述的范围。实施例1本实施例中所使用的电镀液以水为溶剂，成份为本实施例使用的炭质纤维为通用级浙青炭纤维；制备过程将通用级浙青炭纤维作为阴极，镍片作为阳极浸入电镀液中，以恒定电流密度lA/m2，电镀30min，取出纤维用蒸馏水洗涤至无镀液残留，置于干燥箱中100°C下干
NiSO4 · _ NiCl2 · 6H20 硼酸
十二烷基硫酸钠
(270 g/L) (70 g/L) (40 g/L) (0. 2 g/L)，十二烷基硫酸钠(O. 5 g/L)，本实施例使用的炭质纤维为聚丙烯腈炭纤维；制备过程将聚丙烯腈(PAN)基炭纤维作为阴极，镍片作为阳极浸入电镀液中，以恒定电流密度5A/m2，电镀lh，取出纤维用蒸馏水洗涤至无镀液残留，置于干燥箱中100°C下干燥4h，干燥后的纤维置于马弗炉中500°C下热处理池，所得纤维如图6，由于氧化温度低， 炭纤维基体没有完全氧化，形成了内部保留有炭纤维基体的氧化镍纤维。利用X射线衍射方法对所得产品进行物相分析(见图7)，所得产品包括三类衍射峰NiO、Ni、炭纤维，说明该产品由镍、氧化镍、与炭纤维组成。利用扫描电镜观测纤维表面(见图8)，可以发现纤维表面没有明显的氧化镍颗粒。说明500°C不能制备中空氧化镍纤维，且500°C热处理池不能将镍完全氧化成氧化镍。实施例4本实施例中所使用的电镀液以水为溶剂，成份为
燥池，干燥后的纤维置于马弗炉中1000°c下灼烧池，即得到中空氧化镍纤维(见图1)。禾Ij 用X射线衍射方法对所得产品进行物相分析，结果如图2，所得产品成份为M0，所得产品衍射峰尖锐说明制备的NiO产品结晶程度高。电镜照片显示(见图3)，纤维由100-500纳米的氧化镍颗粒组成，中空孔道为20-25微米，壁厚为0. 5-1微米。实施例2本实施例中所使用的电镀液以水为溶剂，成份为
NiSO4 · 6H20(800 g/L)
NiCl2 · 6H20(200 g/L)
硼酸(100 g/L)
十二烷基硫酸钠O g/L)，本实施例使用的炭质纤维为中间相浙青炭纤维；制备过程将中间相浙青炭纤维作为阴极，镍片作为阳极浸入电镀液中，以恒定电流密度ΙΟΑ/m2，电镀浊，取出纤维用蒸馏水洗涤数次，置于干燥箱中80°C下干燥10h，干燥后的纤维置于马弗炉中900°C下灼烧2h，即得到中空氧化镍纤维(见图4)。利用X射线衍射方法对所得产品进行物相分析，所得产品成份为NiO。电镜照片显示(见图3)，纤维由 200-500纳米的氧化镍颗粒组成，中空孔道为5-12微米，壁厚为5-10微米。实施例3本实施例中所使用的电镀液以水为溶剂，成份为
NiSO4 · 6H20(80 g/L)
(20 g/L (10 g/L
6H20
NiCl2 硼酸
5NiSO4 · 6H20(135 g/L)
NiCl2 · 6H20(35 g/L)
硼酸(20 g/L)
十二烷基硫酸钠(0. 8 g/L)，本实施例使用的碳质纤维为酚醛基炭纤维；制备过程将酚醛基炭纤维作为阴极，镍片作为阳极浸入电镀液中，以恒定电流密度5A/m2，电镀lh，取出纤维用蒸馏水洗涤数次，置于干燥箱中80°C下干燥他，干燥后的纤维置于马弗炉中700°C下热处理池，所得纤维具有中空结构如图9。利用X射线衍射方法对所得产品进行物相分析(见图10)，说明所得产品主要成份为NiO，峰型尖锐说明该产品结晶程度高、产品纯净。电镜照片显示(见图11)纤维由50-300纳米的氧化镍颗粒组成，中空孔道为6-10微米，壁厚为100-300内米。
权利要求
1.一种中空氧化镍纤维，其特征在于中空氧化镍纤维是由氧化镍颗粒组成的，氧化镍颗粒为50 500纳米，中空氧化镍纤维的中空孔道为5 25微米，氧化镍纤维的壁厚为 0. 1 10微米。
2.如权利要求1所述的一种中空氧化镍纤维的制备方法，其特征在于包括如下步骤(1)配制电镀液电镀液以水为溶剂，将NiSO4 · 6H20、NiCl2 · 6H20、硼酸和十二烷基硫酸钠配制成 NiSO4 ·6Η20 浓度为 80 800g/L, NiCl2 ·6Η20 浓度为 20 200g/L，硼酸浓度为 10 IOOg/ L，十二烷基硫酸钠浓度为0. 1 2g/L的电镀液；(2)制备中空氧化镍纤维将炭质纤维使用蒸馏水进行超声处理，将处理过的炭质纤维作为阴极，镍片作为阳极放入步骤(1)制备的电镀液中，恒电流电镀10 300min，取出纤维用蒸馏水洗涤至无镀液残留，将洗涤后的纤维置于80 100°C下干燥2 10h，干燥后的纤维置于500 1000°C 下，灼烧10 200min。
3.如权利要求2所述的一种中空氧化镍纤维的制备方法，其特征在于所述的炭质纤维为中间相浙青炭纤维，通用级浙青炭纤维，聚丙烯腈基炭纤维、粘胶基炭纤维或酚醛基炭纤维中的一种。
全文摘要
一种高比电容中空氧化镍纤维电极的制备方法是以NiSO4·6H2O、NiCl2·6H2O、硼酸和十二烷基硫酸钠配制成以水为溶剂的电镀液，将处理过的炭质纤维作为阴极，镍片作为阳极放入电镀液中，恒电流电镀，取出纤维用蒸馏水洗涤至无镀液残留，将洗涤后的纤维置下干燥，干燥后的纤维置灼烧1得到中空氧化镍纤维；将中空氧化镍纤维研磨成粉末，中空氧化镍纤维粉末与聚四氟乙烯、导电碳黑混合，滴加无水乙醇将上述混合物搅拌至浆状，称取烘干后得到固体粉末压制在泡沫镍片上制备出中空氧化镍纤维电极；本发明具有优良的电化学性能，比电容高工艺简单的优点。
文档编号D01D5/24GK102433612SQ20111031912
公开日2012年5月2日 申请日期2011年10月17日 优先权日2011年10月17日
发明者刘均庆, 史景利, 宋燕, 翟晓玲, 陶则超 申请人:中国科学院山西煤炭化学研究所