β-Ni(OH)2 的制备

电极用β-Ni(OH)2纳米材料的制备

学院：化学化工学院

班级：09级应化(二)班

姓名：张晓丽12009240215

余 翔12009240254

雍 明 12009240244

摘要：β-Ni(OH)2是粘结式碱性二次电池中常用的正极材料, 氢氧化镍正极在粘结式碱性二次电池中的应用十分广泛，本文采用化学沉淀法制备了纳米超微粉体Ni(OH)2,XRD检测证实晶型为β相。随着储氢材料在二次电池中的应勇逐渐取代“Cd”负极，对环境的污染也减少了，提高了粘性式碱性二次电池的性能。但是电池负极材料的改进迫切需要普通正极材料的的电容量Ni(OH)2有所提高。本实验利用制备的纳米级在普通球Ni(OH)2镍中参杂的方法来提高正极的电容量。

关键词：β-Ni(OH)2纳米材料 乙二胺

前言：

纳米材料是关于原子团簇和微粉之间的一种新型材料，它是指尺寸介于0.1~100nm范围内的超细颗粒（缉纳米颗粒），包括金石、非金属、有机、无机和生物等多种颗粒材料。随着物质的超细化，其表面电子结构和晶体结构发生变化，产生宏观物体所不具有的特性，

如表面效应、小尺寸效应和量子尺寸效应等，因此，纳米材料与常规颗粒材料相比具有一系列优异的电、磁、光、力学和化学等宏观特性，从而使其作为一种新型材料在电子、冶金、宇航、化工、生物和医学等领域展现出广阔的应用前景。

目前，世界各国对纳米材料的研究主要包括制备、微观结构、宏观物性和应用等四个方面。其中超微粉的制备技术是关键。纳米材料的制备途径大致有两种：一是粉碎法，即通过机械作用将粗颗粒物质逐步粉碎而获得纳米颗粒;另一种是造粉法，利用原子、离子或分子通过成核和长大两个阶段合成纳米颗粒。如以物料状态来分，则可归纳为固相法、液相法和气相法三大类，但随着科技的不断发展以及对不同物理化学特性纳米材料的需求，在上述方法的基础上衍生出许多新的制备技术，如配位沉淀法、微乳法等。

氢氧化镍电极的传统制备方法

1.电沉积方法

电沉积方法即在外加电流作用下，在电极上产生的OH-和溶液中的Ni2+反应生成Ni（OH）2，并沉积在电极上。通过控制试验条件和添加剂可以得到β-Ni（OH）2或者α-Ni（OH）2。通过添加适当的添加剂也有可能用于生产纳米氢氧化镍。关于电极上OH-产生的机理目前还存在争论，以硝酸盐为例主要包括3种，即

NO3-+H2O+2e→NO2-+2OH- （1）

或

NO3-+9H++8e→NH40H+2H2O （2）

或

NO3-+7H2O+8e→NH4++10OH- （3）

从电化学反应动力学的角度考虑，反应（1）更合理一些，后两者都是同时转移了8个电子，这点从反应动力学角度考虑几率很小。

2.化学沉淀法

化学沉淀法是直接将碱溶液与镍盐溶液混合，Ni2+与OH-反应生成氢氧化镍沉淀。如果使用纯镍盐作原料，则得到β+Ni（OH）如果含有适当的添加剂，可以得到α-Ni（OH）2，

2。该方法可以使用水溶液，也可以使用有机溶液。

3.高压水解法

高压釜中，在催化剂存在情况下，镍粉、氧气和水反应生成Ni（OH）2。一般可选用的催化剂包括硫酸、甲酸、硝酸镍、硫酸镍、氯化铵、硝酸铵和乙酸铵等，反应机理为：

Ni+O2+H2O→Ni（OH）2 （4）

反应中没有固态形式的副产物产生，用粉末金属法制备的β-Ni（OH）2纯度较高。该方法对于研究纯氢氧化镍的物化性能比较合适，因为产物中除了原材料镍粉外不含任何其它杂质，而镍粉的含量是比较容易确定的。

正文：1. 【材料与仪器】

1.1 仪器：烧杯 移液管 吸量管 电动搅拌器 真空泵 真空干燥器 抽滤装置 水浴锅温度计 离心机

1.2 药品：Ni(NO3)2·6H2O（AR） 乙二胺 NaOH

2【实验原理】

2.1 β-Ni(OH)2 的性质

β型氢氧化镍晶体呈绿色，其纳米粉末颜色较浅，难溶于水。

2.2 β-Ni(OH)2纳米粉末的制备原理

Ni(NO3)2 + 2en =[Ni(en)2](NO3)2

Ni(en)2](NO3)2 + 2NaOH = Ni (OH)2 (s) +2en +2NaNO3

由于乙二胺（en）的加入，与Ni2+形成配合物，降低了溶液中Ni2+的浓度。而不断生成的配合物与滴加的NaOH溶液在搅拌条件下，可制备出纳米级的Ni (OH)2。

3 [实验步骤]

3.1 准确移取 0.1000 mol/L的 Ni(NO3)2·6H2O溶液，用移液管移取100ml于250ml烧杯中水浴加热到50℃，保持恒温。 按物质的量比[en]:[Ni2+] = 2:1，准确量取乙二胺1.40ml，加入Ni(NO3)2·6H2O溶液中，为防止乙二胺与空气中的二氧化碳反应及被空气氧化，加入时将移液管管口没入到液面下，并轻微搅拌。此时液体呈深蓝色，搅拌

20分钟。按物质的量比【Ni2+】:[Na+]=1:1.2,用量筒量取的0.1000mol/l的NaOH溶液28.5ml于滴液漏斗中，滴塑控制在100滴/min左右此同时开始增加搅拌力度。反应至溶液变蓝灰色。滴加完碱后，继续搅拌1h，然后离心分离（800r/min）。沉淀用蒸馏水洗涤俩次，再用丙酮洗涤一次。. 将沉淀物在80℃真空干燥8小时以上，即得所要制备的β-Ni(OH)2纳米粉末。

4实验结果和讨论

4.1 实验结论:制备过程中注意：乙二胺是腐蚀性物质，其蒸气对人的皮肤、眼睛以及呼吸系统皆有刺激作用，量取时注意保护自己。为防止乙二胺与空气中的二氧化碳反应以及被空气氧化，加入时应将移液管口没入液面下，并且轻微搅拌。洗涤沉淀时，蒸馏水与丙酮分别属于非极性与极性物质，根据相似相容原理，洗除沉淀中存在的非极性与极性杂质。

4.2实验讨论

4.2.1我们认为,此实验中主要影响因素是表面活性剂乙二胺浓度（乙二胺的量太多使得反应向逆方向移动，生成物Ni(OH)2的量太少；乙二胺太少，影响产品的质量不影响产量）。此实验过程中要保持沉淀平衡和配位平衡，故此过程中乙二胺的加入量就显得尤为重要，既不能太多也不能太少。

4.2.1 乙二胺（en）的作用：乙二胺（en）的加入，与Ni2+形成配合物，降低了溶液中Ni2+的浓度。而不断生成的配合物与滴加的NaOH溶液在搅拌条件下，可制备出纳米级的Ni (OH)2。

4.2.2制备纳米材料时注意的问题

4.2.2.1影响纳米材料的主要因素有: Ni（NO3）2溶液的浓度, NaOH溶液的浓度, 镍与本实验得到了粘稠转的β-Ni（OH）2如在经过高温干燥即可得到β-Ni（OH）2粉末。

4.2.2.2影响β-Ni（OH）2粒径的主要因素为r[en] ︰r[Ni2+]的比值，取2︰1为宜，氢氧化钠浓度不宜过低，滴加氢氧化钠速度应稍快。

4.2.2.3 en的配位数, 碱的滴加速度, 搅拌的强度, 碱的用量, 放置的时间, 反映温度, 真空干燥时间等一系列因素。所以在实验中要严格这些条件。

5 纳米材料的前景展望

经过几十年对纳米技术的研究探索，现在科学家已经能够在实验室操纵单个原子，纳米技术有了飞跃式的发展。纳米技术的应用研究正在半导体芯片、癌症诊断、光学新材料和生物分子追踪4大领域高速发展。可以预测：不久的将来纳米金属氧化物半导体场效应管、平面显示用发光纳米粒子与纳米复合物、纳米光子晶体将应运而生；用于集成电路的单电子晶体管、记忆及逻辑元件、分子化学组装计算机将投入应用；分子、原子簇的控制和自组装、量子逻辑器件、分子电子器件、纳米机器人、集成生物化学传感器等将被研究制造出来。

纳米技术目前从整体上看虽然仍然处于实验研究和小规模生产阶段，但从历史的角度看：上世纪70年代重视微米 科技的国家如今都已成为发达国家。当今重视发展纳米技术的国家很可能在21世纪成为先进国家。纳米技术对我们既是严峻的挑战，又是难得的机遇。必须加倍重视纳米技术和纳米基础理论的研究，为我国在21世纪实现经济腾飞奠定

坚实的基础。整个人类社会将因纳米技术的发展和商业化而产生根本性的变革。

参考文献

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[2]王结良,梁国正.纳米制备新技术研究进展[J].河南化工,.

[3王林等.纳米材料在一些领域的应用及其前景[J].纳米科技,

[4姚斌,丁炳哲.纳米材料制备研究[J].科学通报,.

[5张登松,施利毅.纳米材料制备的若干新进展[J].化学工业与工程技术,

[6陈为亮等.化学还原法制备纳米银粉的研究[J].纳米科技