[发明专利]一种钴镍纳米合金粉体的化学制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及用化学方法制备纳米粉体材料，特别是涉及钴镍(CoNi)纳米合金粉体的制备。

背景技术

纳米材料因小尺寸效应、表面效应等独特的物理和化学性质，在能源材料、生态环境材料、功能涂层材料、高性能电子材料等领域有着广泛的应用。钴镍纳米合金粉体是一种磁性纳米粒子，在微波吸收、热疗、催化、磁共振成像、药物输送系统、磁记录以及磁传感器等领域有着广阔的应用前景。同时，钴镍纳米合金粉体的磁性能、催化性能及微波吸收特性等随颗粒化学组成和晶粒大小的不同而发生变化。选择一定的制备方法，能够获得粉体粒径和化学成分可控的合金粉体，进而调整和设计合金粉体的磁性、催化性能及微波吸收特性，对于钴镍纳米合金粉体在热疗、催化材料及微波吸收材料等领域的应用和发展有着非常重要的意义。

液相还原法制备纳米材料，是选用合适的溶剂溶解金属盐，并加入一定量的还原剂，使金属盐在液相溶剂中还原，并经过形核和长大两个过程，最终形成纳米材料。液相法制备纳米粒子时加入适量的表面活性剂，吸附在粒子表面的表面活性剂可形成动态的有机包覆层，减缓粒子的碰撞和团聚，增强粒子的稳定性，使纳米粒子保持稳定的单分散状态并控制其生长。

据《Materials Letters》2008，62，1521-1524报道，选用CoNi合金(Co/Ni化学计量比为1/1)作为靶极金属，含聚乙烯吡咯烷酮(PVP)的乙二醇有机溶剂作为保护剂，通过激光的剥蚀作用制备CoNi纳米合金颗粒。此法能够获得粒径约15nm的纳米合金颗粒，但并没有对激光能量对粉体粒径大小的影响进行研究，未制备不同成分的CoNi纳米合金颗粒。

据《Inorganic Chemistry》2010，49，1705-1711报道，采用生物模板法，以硼氢化钠(NaBH₄)为还原剂，采用去铁铁蛋白的空腔结构作为模板，限制金属粒子形核的位置和空间进而控制颗粒的粒径大小。此法获得粒径大小为3～6nm的钴镍(CoNi)合金颗粒，但不能有效调整颗粒粒径，且制备过程需要很长的孵化时间，采用的还原剂硼氢化钠(NaBH₄)价格昂贵，不利于实现CoNi纳米合金粉体的批量化和工业化生产。

据《Journal of Colloid and Interface Science》2010，350，16-21报道，采用真空共蒸发沉积法在高定向热解石墨基体表面制备CoNi纳米合金颗粒，该法能够获得在基体表面均匀分布的纳米合金颗粒，但在蒸发过程中，金属钴(Co)比镍(Ni)更容易在颗粒表面出现，导致产物中的Co/Ni化学计量比与反应物的Co/Ni化学计量比有所差异，产物的成分不易控制，且实验设备要求高。

据《Journal of Magnetism and Magnetic Materials》2011，323，2271-2280报道，采用多元醇还原前驱体的方法制备CoNi纳米合金颗粒，先通过沉淀反应制备出钴镍氢氧化物(Co(OH)₂、Ni(OH)₂)的前驱体，前驱体经分离、清洗、干燥处理后，180℃条件下，用乙二醇作为还原剂进行还原进而获得CoNi纳米合金颗粒，该法能够获得粉体粒径为17～25nm的颗粒，分布均匀，但实验过程复杂，反应时间长，限制其工业化生产。

发明内容

本发明的目的在于提供一种采用液相还原法制备钴镍纳米合金粉体的方法，以水合肼为还原剂，将在特定溶剂中的金属钴、镍离子还原为金属钴、镍原子，金属原子再聚集、长大最终获得钴镍纳米合金颗粒。该工艺不仅工艺简单，原料成本低廉，操作简单，而且能够实现经济的宏量制备，为钴镍纳米合金粉体的实际应用提供条件。

本发明的实施过程如下：

1、反应溶液的制备

1)配制金属盐溶液：以乙二醇、去离子水为溶剂，按金属盐溶液0.02～3.00mol/L、表面活性剂0.10～25.00g/L比例配制；温度为20～30℃之间，搅拌20～30分钟，其中金属盐溶液中Co/Ni的化学计量比为0.10～5.00；

2)配制还原剂溶液：以乙二醇、去离子水为溶剂，NaOH按0.50～6.00mol/L溶解，加入水合肼5.00～25.00mL；温度为20～30℃之间，搅拌20～30分钟。

2、纳米钴镍合金粉体的制备

将步骤1制备好的金属盐和还原剂溶液分别水浴加热至60～100℃，将还原剂溶液滴加入金属盐溶液中，反应20～30分钟，直至反应完毕，接着离心分离溶液和钴镍纳米合金粉体，再依次用去离子水、丙酮、无水乙醇洗涤钴镍纳米合金粉体2～3次，干燥后收集。