CN101147978A

CN101147978A - 微波辅助液相还原法制备针状纳米镍

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Publication number: CN101147978A
Application number: CNA2007101340195A
Authority: CN
Inventors: 张锡凤; 程晓农; 殷恒波; 吴静波; 徐驰; 刘晓光; 郝伟; 刘丽松
Original assignee: Jiangsu University
Current assignee: Jiangsu University
Priority date: 2007-10-17
Filing date: 2007-10-17
Publication date: 2008-03-26
Anticipated expiration: 2027-10-17
Also published as: CN100556587C

Abstract

微波辅助液相还原法制备针状纳米镍，涉及纳米材料制备技术领域，配制醋酸镍水溶液，取Tween系列为修饰剂，在搅拌下溶于该醋酸镍水溶液中，充分搅拌至完全溶解，静置过滤，配置NaOH水溶液调节上述溶液pH。其特征在于：调节醋酸镍水溶液pH值后，先微波输出功率800W辐照1～3min，再改成输出功率300W间歇辐射1～3min，同时快速均匀滴入还原剂85％水合肼。滴加完毕后，微波辐照回流反应1～5min，自然冷却至室温，得到黑色沉淀，离心分离，水、无水乙醇洗涤，再离心分离，真空干燥，即得针状纳米镍。本方法具有环保、反应条件温和、反应易于控制、成本低、工艺和流程简便的优点。

Description

微波辅助液相还原法制备针状纳米镍

技术领域

本发明涉及纳米材料制备技术领域，特指以醋酸镍为原料、85％水合肼为还原剂，以非离子表面活性剂吐温(Tween-20、Tween-40、Tween-80)为修饰剂，微波辅助液相还原制备针状纳米镍。

背景技术

纳米金属材料的晶粒尺寸与形貌、表面状态和微结构直接影响到纳米金属的物化性质与用途，如R.Molina、W.H.Qi等分别发表在J.Catal(173(1998)：257)和J.Nanoparticle Research(7(2005)：51)上就有表述，F.Michael等在Progress in Solid State Chemistry(27(1)(1999)：1)指出纳米粒子独特的光、磁、电子和催化性能具有高度尺寸相关性。尽管纳米材料的研究已经取得了显著进展，但许多重要问题仍有待深入研究。诸如纳米材料的奇异性能是如何依赖于微观结构(晶粒尺寸与形貌、晶界等缺陷的性质、合金化等)，如何利用微观结构的设计与控制发展具有新颖性能的纳米材料，如何实现纳米材料的功能与结构一体化？目前各种纳米结构的构筑对构筑基元的纳米微粒的形貌、结构和尺寸都提出了更高的要求，纳米金属的形貌控制合成与应用研究尚处于起步阶段，进行形貌、尺寸和结构可控的纳米金属材料的制备及纳米分子结构的重组装是人们的研究热点。纳米金属的形貌控制合成的方法是将液相还原、光诱导、γ射线辐射等合成技术同模板技术相结合，即通过在这些反应过程中添加诸如表面活性剂、配合物、聚合物或螯合物之类的软模板剂来控制纳米金属颗粒的生长，合成出形貌规整的纳米金属。表面修饰剂不仅通过链状聚合物大分子的空间位阻效应和静电效应影响纳米金属粒子的尺寸和分散性，而且在适当的条件下可以诱导不同形貌的纳米金属的生长，正日益受到科研者的重视。

纳米Ni在催化剂、磁性材料、烧结活化剂、导电浆料、表面涂层材料、电池、硬质合金粘结剂、固体润滑剂等方面具有广阔的应用前景，是国内外新颖功能材料开发的热点之一。因此，进行形貌、尺寸和结构可控的纳米镍的制备研究意义重大。但目前关于形貌可控的纳米镍的制备报导甚少，关于不同形貌的纳米镍的性能研究亦不多见，详见A.S.M.A.Haseeb、L.Wang、Y.Xia等分别发表在Wear(2007)、Materials Chemistry and Physics(99(2006)：96)和Wear(262(2007)：765)上的报道。经检索，目前尚未有利用非离子表面活性剂吐温系列为修饰剂，以醋酸镍为原料，利用微波辅助液相还原制备针状纳米镍的报导。

发明内容

本发明提出了一种以醋酸镍为原料、水合肼为还原剂、以非离子表面活性剂吐温系列(Tween-20、Tween-40、Tween-80)为修饰剂，利用微波辅助液相还原法制备针状纳米镍，以提供制备形貌可控纳米镍的实验方法，并考察了所制备的针状纳米镍为添加剂改善15W/40SF汽油机油的润滑性能，以探索纳米材料的性能与其形貌之间的关联。

微波辅助液相还原法制备针状纳米镍，配制醋酸镍水溶液，取Tween系列为修饰剂，在搅拌下溶于该醋酸镍水溶液中，充分搅拌至完全溶解，静置过滤，配置NaOH水溶液，调节上述溶液pH值，其特征在于：用NaOH调节醋酸镍水溶液pH值后，先微波输出功率800W对醋酸镍水溶液辐照1～3min，再改成输出功率300W间歇辐射1～3min，同时快速均匀滴入还原剂85％水合肼；滴加完毕后，微波辐照回流反应1～5min，自然冷却至室温，得到黑色沉淀，离心分离，水、无水乙醇洗涤，再离心分离、干燥，即得针状纳米镍。

上述针状纳米镍的制备方法中，醋酸镍水溶液为0.2～0.5mol/L，0.3mol/L为最佳；NaOH水溶液为1mol/L、调节溶液pH值为10～12，10～11为最佳；修饰剂与醋酸镍的摩尔比为2～2.5∶1；还原剂水合肼与醋酸镍的摩尔比为5～8∶1，6～7∶1为最佳；真空干燥温度为50℃、时间为4小时；先800W微波辐照2min；再300W间歇辐照2min，间歇辐射为辐照3～5秒，停9～12秒，辐照3秒，停9秒为最佳；同时快速均匀滴入水合肼；滴加完毕后，微波辐照回流反应3min。

本发明的优点：本方法具有环保、反应条件温和、反应易于控制、成本低、工艺和流程简便的优点。

附图说明

图1：Tween-20为修饰剂的针状纳米镍产品的透射电镜图

图2：Tween-40为修饰剂的针状纳米镍产品的透射电镜图

图3：Tween-80为修饰剂的针状纳米镍产品的透射电镜图

图4：Tween-40为修饰剂的针状纳米镍产品的局部选区电子衍射图

图5：针状纳米镍改善15W/40SF汽油机油润滑性能的摩擦系数随时间的变化曲线图。R1为未添加纳米镍产品的15W/40SF汽油机油，R2为添加球形纳米镍的15W/40SF汽油机油(球形纳米镍的制备见陈慧玉等在功能材料与器件学报11(2005)：495报道)，R3为添加Tween-40为修饰剂的针状纳米镍的15W/40SF汽油机油。

具体实施方式

下面结合具体实施实例对本发明做进一步说明。

配制醋酸镍水溶液，取Tween系列为修饰剂，在搅拌下溶于该醋酸镍水溶液水中，充分搅拌至完全溶解，静置过滤。配置NaOH水溶液，调节上述溶液pH为10～12。转移至烧瓶中。先微波输出功率800W辐照1～3min，再改成输出功率300W间歇辐照1～3min，同时快速均匀滴入还原剂85％的水合肼。滴加完毕后，微波辐照回流反应1～5min，自然冷却至室温，得到黑色沉淀，离心分离，水、无水乙醇洗涤，再离心分离，真空干燥，即得针状纳米镍。醋酸镍水溶液为0.2～0.5mol/L；NaOH水溶液为1mol/L；修饰剂与醋酸镍的摩尔比为2～2.5∶1；还原剂水合肼与醋酸镍的摩尔比为5～8∶1，真空干燥温度为50℃、时间为4小时。

实施例1

取0.01mol的醋酸镍，溶于50mL水中，配制成0.2mol/L的醋酸镍水溶液，取0.02mol的Tween-20，在搅拌下溶于醋酸镍水溶液中，充分搅拌至完全溶解，静置过滤。配置1mol/LNaOH水溶液，调上述溶液pH为10～11，转移至烧瓶中。先微波输出功率800W辐照2min，再改成输出功率300W间歇辐照2min，间歇辐射为辐照3秒，停9秒，同时快速均匀滴入还原剂85％水合肼4mL。滴加完毕后，微波辐照回流反应3min，自然冷却至室温，得到黑色沉淀，离心分离，水、无水乙醇洗涤，再离心分离，50℃真空干燥4小时，即得针状纳米镍，透射电镜图如图1。

实施例2

如图2和图4，取0.03mol的醋酸镍，溶于100mL水中，配制成0.3mol/L的醋酸镍水溶液，取0.07mol的Tween-40，在搅拌下溶于醋酸镍水溶液中，充分搅拌至完全溶解，静置过滤。配置1mol/L NaOH水溶液，调上述溶液pH为10～11，转移至烧瓶中。先微波输出功率800W辐照3min，再改成输出功率300W间歇辐照3min，间歇辐射为辐照3秒，停9秒，同时快速均匀滴入还原剂85％水合肼11mL。滴加完毕后，微波辐照回流反应5min，自然冷却至室温，得到黑色沉淀，离心分离，水、无水乙醇洗涤，再离心分离，50℃真空干燥4小时，即得针状纳米镍，透射电镜图如图2和图4。取该纳米镍添加到15W/40SF汽油机油中(质量百分数5％)(R3)，与未添加纳米镍的15W/40SF汽油机油(R1)以及球形纳米镍添加到15W/40SF汽油机油中(质量百分数5％)(R2)分别在UNT-II摩擦磨损实验机上进行摩擦实验，实验结果见图5，说明微波辅助液相还原制备的针状纳米镍与球形纳米镍相比，改善润滑油的摩擦学性能能力更强，使其摩擦系数降低的幅度更大。

实施例3

取0.02mol的醋酸镍，溶于75mL水中，配制成0.267mol/L的醋酸镍水溶液，取0.05mol的Tween-80，在搅拌下溶于醋酸镍水溶液中，充分搅拌至完全溶解，静置过滤。配置1mol/LNaOH水溶液，调上述溶液pH为10～11，转移至烧瓶中。先微波输出功率800W辐照2min，再改成输出功率300W间歇辐照2min，间歇辐射为辐照3秒，停9秒，同时快速均匀滴入还原剂85％水合肼8mL。滴加完毕后，微波回流反应3min，自然冷却至室温，得到黑色沉淀，离心分离，水、无水乙醇洗涤，再离心分离，50℃真空干燥4小时，即得针状纳米镍，透射电镜图如图3。

表1为部分针状纳米镍的长度和直径。

表1纳米镍的长度和直径

修饰剂类型	长度nm	直径nm
修饰剂类型	长度nm	直径nm	Tween-20	80-105	8-20
Tween-40	85-95	3-9	Tween-20	80-105	8-20
Tween-40	85-95	3-9	Tween-80	60-110	5-20

Claims

1.微波辅助液相还原法制备针状纳米镍，配制醋酸镍水溶液，取Tween系列为修饰剂，在搅拌下溶于该醋酸镍水溶液中，充分搅拌至完全溶解，静置过滤，配置NaOH水溶液调节醋酸镍水溶液pH值，其特征在于：用NaOH调节醋酸镍水溶液pH值后，先微波输出功率800W辐照1～3min，再改成输出功率300W间歇辐射1～3min，同时快速均匀滴入还原剂85％水合肼，滴加完毕后，微波辐照回流反应1～5min，自然冷却至室温，得到黑色沉淀，离心分离，水、无水乙醇洗涤，再离心分离、干燥，即得针状纳米镍。

2.根据权利要求1所述的微波辅助液相还原法制备针状纳米镍，其特征在于：Tween系列修饰剂为Tween-20、Tween-40、Tween-80。

3.根据权利要求1所述的微波辅助液相还原法制备针状纳米镍，其特征在于：先800W微波辐照2min；再300W间歇辐照2min，间歇辐射为辐照3～5秒，停9～12秒；同时快速均匀滴入水合肼；滴加完毕后，微波辐照回流反应3min。

4.根据权利要求1所述的微波辅助液相还原法制备针状纳米镍，其特征在于：醋酸镍水溶液为0.2～0.5mol/L；NaOH水溶液为1mol/L、调节溶液pH值为10～12；修饰剂与醋酸镍的摩尔比为2～2.5∶1；还原剂水合肼与醋酸镍的摩尔比为5～8∶1；真空干燥温度为50℃、时间为4小时。

5.根据权利要求3所述的微波辅助液相还原法制备针状纳米镍，其特征在于：间歇辐射为辐照3秒，停9秒。

6.根据权利要求4所述的微波辅助液相还原法制备针状纳米镍，其特征在于：醋酸镍水溶液为0.3mol/L，用NaOH水溶液调节醋酸镍水溶液pH值为10～11；还原剂水合肼与醋酸镍的摩尔比为6～7∶1。