一种六方片状介孔氧化镍及其制备方法与应用
【技术领域】
[0001]本发明属于纳米材料合成技术领域，具体涉及一种六方片状介孔氧化镍及其制备方法与应用。
【背景技术】
[0002]氧化镍作为一种重要的过渡金属氧化物，由于其独特的物理和化学性质，在电子材料，磁性材料，催化材料，传感材料，光电材料，能源存储等领域被广泛应用。与传统材料相比，纳米材料具有量子尺寸效应、表面和界面效应、宏观量子隧道效应等特性，在众多领域表现出更加优异的性能。因此纳米氧化镍的制备、表征及相关性能研究受到了人们广泛地关注。
[0003]近年来，不同形貌的纳米氧化镍被相继报道，比如纳米环、纳米带、纳米线、纳米管和纳米球等，但关于介孔氧化镍纳米片的报道极为少见。与其他形貌相比，六方片状介孔氧化镍具有更高的比表面积，有利于提高其电化学性能，因此在电化学领域中极具应用潜力。Zhao等通过水热法制备出了介孔氧化镍纳米片，实验过程中通过调节煅烧温度，得到具有不同孔径的氧化镍纳米片(Bing Zhao, Jinsong Song, Tao Fang.MaterialsLetters, 2012，67，24-27)。此方法所需反应温度较高，煅烧条件较苛刻，耗能高，所制备的氧化镍纳米片表面的介孔分布大小不一，同时制备出的氧化镍纳米片没有较规则的形状。
[0004]申请公布号为CN 103950998 A(申请号201410162143.2)的中国专利文献公开了一种超临界乙醇合成纳米片状氧化镍的方法，该方法以醋酸铵和苯甲醇为原料，实验过程中需用到循环冷凝装置，煅烧过程中需要通入氮气，实验过程比较繁琐，耗能高。制备出的纳米片状氧化镍没有规则的形状且不存在介孔。
【发明内容】
[0005]本发明的目的就是为了解决上述问题，提供一种六方片状介孔氧化镍及其制备方法与应用，以Ni (NO3)2.6H20为原料，以单/双阳离子表面活性剂CTAB (十六烷基三甲基溴化铵)和DDAB(双十二烷基二甲基溴化铵)作复合模板，制备出的六方片状氧化镍具有均匀的介孔。
[0006]—种六方片状介孔氧化镍的制备方法，包括步骤如下:
[0007](I)将CTAB和DDAB的水溶液中加入溶液体积25 %的氨水，得混合溶液a ;
[0008](2)将Ni (NO3) 2.6H20加入到步骤⑴的混合溶液a中，得到混合溶液b ；
[0009](3)将步骤(2)制得的混合溶液b转移至反应釜后进行水热反应；
[0010](4)将步骤(3)反应后的产物进行抽滤，洗涤，干燥，研磨后，煅烧，得到六方片状介孔氧化镍；
[0011]加入原料的质量比为NH3.H2O:CTAB:DDAB:Ni (NO3)2.6H20 = 1: (0.20-0.24): (0.22-0.27): (4.08-4.71)。
[0012]优选:所述步骤(3)中的水热反应条件为100-110°C水热反应24-48h，更优选:100°c水热反应24h。优点:水热法是常用到的制备纳米材料的方法，一般会产生少量甚至大量杂质，而本发明中水热反应并未产生杂质，如图4所示，XRD测试中并未出现其它的杂峰。因此，此方法制备出的产物纯度较高，从而使产物在应用上展现的性能更好。
[0013]优选:所述步骤(4)中煅烧条件为在500°C条件下煅烧2_3h，更优选:500°C条件下煅烧2h。优点:煅烧温度低，煅烧时间短，减少能源消耗。
[0014]优选:所述步骤(I)中加入氨水后搅拌2_3h(更优选2.5h)。优点:使溶液混合均匀。同时，氨水调节了溶液的PH值，在该pH值下DDAB阻止了 CTAB形成的层状胶束的弯曲，从而保证产物呈片状，同时氨水能够使模板骨架较牢固，不会坍塌。
[0015]优选:所述步骤(2)中加入Ni (NO3)2.6H20后搅拌18_26h(更优选24h)。优点:使溶液混合均匀。同时，适当的搅拌速度和搅拌时间能够使镍源迅速与模板结合，为氧化镍形貌的形成奠定基础。
[0016]优选:所述步骤(4)中干燥温度为40°C，干燥时间为12-24h(更优选18h)。优点:水热反应后的产物是无定形的，将水热反应后的产物经过该条件的干燥，不会影响其晶型的变化，形成煅烧前无定形的前驱体，为煅烧的晶型变化做准备。
[0017]上述方法制备的六方片状介孔氧化镍，所述的六方片状介孔氧化镍的孔径约为2-3.5nm，直径为 400-500nm。
[0018]上述方法制备的六方片状介孔氧化镍在制备电子材料、磁性材料、催化材料、传感材料、光电材料或能源存储材料中的应用。
[0019]本发明所产生的有益效果:
[0020]1.本发明制得的六方片状介孔氧化镍，带有明显的介孔孔道。相比于单纯的片状结构，均匀的孔道既可以增加比表面积，使电解质与氧化镍纳米片接触面积增加；又可以增加储锂位点，促进锂离子和电子的扩散，有效提高锂电性能。
[0021]2.产物干燥之后是无定型的前驱体，所以需要煅烧来实现晶型的转化。而本发明所用煅烧温度低，煅烧时间短，减少能源消耗。水热法是常用到的制备纳米材料的方法，一般会产生少量甚至大量杂质，而本发明中水热反应并未产生杂质，如图4所示，XRD测试中未出现其它的杂峰。因此，此方法制备出的产物纯度较高，从而使产物在应用上展现的性能更好。
[0022]3.本发明以Ni (NO3) 2.6H20为原料，氨水为溶液pH调节剂和催化剂、CTAB/DDAB为复合模板剂，制备出的六方片状介孔氧化镍分布均匀，直径为400-500nm，利用复合模板制备出的产物具有更均匀的介孔，孔径约为2-3.5nm(如图5所示)。该制备过程操作简单，为介孔材料制备提供参考。
[0023]4.本发明中的氨水除了作为催化剂外还用来反应溶液的调节pH值，通过本发明氨水与反应物的用量比例，达到了最佳的pH，在该pH值下，DDAB阻止了 CTAB形成的层状胶束的弯曲，从而保证产物呈片状，同时氨水能够使模板骨架较牢固，不会坍塌。
[0024]5.本发明中CTAB和DDAB的用量比例是实现本发明必需的，当CTAB和DDAB的比例变大时，产物形貌较难分辨，团聚严重。当CTAB和DDAB的比例变小时，产物并没有本发明中所述形貌，本发明比例制备的产物形貌规则、均匀且分散性好。
[0025]6.水热反应时间同样影响本发明产物的形成，水热反应时间缩短时，产物团聚较严重，如图1所示，其为水热反应12h的SEM图。随水热反应时间的增加，产物破碎越来越严重，如图6所示，其为水热反应48h的SEM图。
[0026]7.反应物加入顺序影响产物的形成，本发明中氨水用来调节溶液的pH值，在该CTAB和DDAB比例及该pH值下DDAB才能阻止CTAB形成的层状胶束弯曲，产物形貌才能保持为片状结构。若加入镍源之后再加入氨水，镍可能会产生其它形貌，若再加入氨水就不能起任何作用，最后产物可能为各种形貌共存而杂乱无章。
【附图说明】
[0027]图1是本发明实施例1制备的氧化镍的扫描电镜图片(SEM)；
[0028]图2是本发明实施例2制备的六方片状介孔氧化镍的透射电镜图片(TEM)；
[0029]图3是本发明实施例2制备的六方片状介孔氧化镍的扫描电镜图片(SEM)；
[0030]图4是本发明实施例2制备的六方片状介孔氧化镍的广角X射线衍射图(XRD);
[0031]图5是本发明实施例2制备的六方片状介孔氧化镍的N2吸附-脱附等温曲线图(a)和孔径分布图(b);
[0032]图6是本发明实施例6制备的氧化镍的扫描电镜图片(SEM)。
【具体实施方式】
[0033]下面结合实施例，对本发明的【具体实施方式】作进一步详细描述。
[0034]实施例1
[0035]将10mL的烧杯置于磁力搅拌器上，加入35mL蒸馈水并升温至30°C，在搅拌条件下向蒸馏水中加入0.15g CTAB，溶液搅拌过夜并呈透明后，加入0.17g DDAB，继续