[发明专利]一种制备四角星形镍纳米材料的方法

说明书

技术领域

 本发明涉及一种特定形貌的镍纳米材料的制备方法，确切讲是一种具有四角星形的金属镍单质纳米材料的可控制备方法。

背景技术

当尺寸降低到纳米范围内，材料便展现出许多与块体材料不同的物理化学性质，尤其是磁性纳米颗粒。单质镍是一种重要的铁磁性材料，其fcc相在低于其居里温度357oC的室温下显示铁磁性。单质镍还被广泛用作有机反应的催化材料、纳米晶体管、电池电极、超电容器及储氢材料等。

目前实验室和工业上采用最为广泛的制备镍单质的方法有反胶束法和有机液相合成法。反胶束法的一般过程是：无机金属盐的水溶液，利用相转移方法将其转移至有机溶剂中。在有机溶剂中含有表面活性剂，将还原剂的水溶液加入其中，这时在有机反胶束表面迅速发生反应，得到目标产物。但由于过渡金属在室温下难以晶化，采用反胶束法得到的纳米颗粒常发生晶化不好的问题。近年来，有机液相合成单分散纳米材料的报道日渐增多。有机液相合成主要是采用在有机溶剂中能够稳定存在的金属有机化合物和某些具有特殊性质的无机物为反应原料，在适当的反应条件下合成纳米材料。随着纳米材料制备技术的发展，高温油相热分解法已被广泛用于制备不同体系的单分散磁性纳米材料，该方法制备出的样品因具有分散性高，形貌规则等特点而受到材料科学工作者的重视。

四角星形Ni纳米材料具有较大的比表面积、良 好的吸 附 性和 热 稳 定性，高分散性、可以做 高效催化剂、高性能电极材料，也是  航 空航 天、电子、特种陶瓷等尖端科技领域的重要原料之一。

影响得到多面体形貌纳米材料的因素有很多，如前驱体、反应温度、反应时间等。表面活性剂也是影响纳米材料表面形貌重要的因素之一，不同表面活性剂对形貌的影响也不同。目前，常见的制备多面体镍单质的方法均采用无机镍盐，参见：Fabrication and magnetic properties of nickel dodecahedra. Dalton Transactions, 2014, 15, 5913-5919.。

发明内容

本发明提供一种技术相对简单、操作容易、对设备要求低、成本相对较低的、可控制备四角星形镍单质纳米颗粒的方法。

本发明的一种制备四角星形镍单质纳米颗粒的方法是：将乙酰丙酮镍加入到高沸点有机溶剂油胺中，搅拌均匀，通过密闭体系进行热分解反应，得到所述四角星形镍单质纳米颗粒。

本发明的制备四角星形镍单质纳米颗粒的方法中乙酰丙酮镍与油胺的摩尔比为1:60

本发明的制备四角星形镍单质纳米颗粒的方法，在反应体系中还可加入阳离子或非离子型表明活性剂。

本发明的制备四角星形镍单质纳米颗粒的方法中所用的表面活性剂为十六烷基三甲基溴化胺或聚乙烯吡咯烷酮，其加入量为1 mmol。表面活性剂对产物形貌的影响主要是通过配位和电荷作用包覆在离子表面以控制粒子成核和长大，并对粒子生长起到稳定作用。或者利用表面活性剂的亲水和亲油基吸附在纳米粒子表面，作为合成模板和界面定向吸附剂，且表面活性剂分子中的烃基长链形成一定的位阻，宏观上表现为晶面生长的各向异性。

本发明的制备四角星形镍单质纳米颗粒的方法中热分解反应温度应控制在180~240oC。相关实验结果表明即使反应温度低于或高于180~240oC也同样能制备得到四角星形镍单质，但其形貌的均一程度稍差，且产物尺寸大小的分布较大，而在180~240oC之内其产物较为理想。

本发明的制备四角星形镍单质纳米颗粒的方法所采用热分解反应时间在1-4小时为好，反应时间过短反应不完全，所形成的反应产物只有部分呈四角星形，反应时间过长则产物四角星形尺寸过大，并会存在大量团聚体。

本发明与现有工艺技术相比具有以下优点：

(1)本发明是采用高温油相热分解法制备四角星形镍纳米颗粒。反应在无水的反应釜中进行，加热装置为恒温鼓风干燥箱，实验设备要求简单，操作容易。

(2)本发明是在具有高沸点的机溶剂中反应，避免了水做溶剂低沸点的限制。反应物采用有机镍盐，与对应的无机金属盐相比反应过程缓慢可控，能有效地抑制产物的团聚，利于得到分散性较高的镍纳米材料。

(3)本发明制备得到的四角星形镍纳米颗粒形貌规则、大小均一，所得到的得到的四角星形Ni纳米材料的比例在60~95%。

附图说明

图1为实施例1所制备的镍单质的X射线衍射谱。

图2为实施例1所制备的镍单质的扫描电镜照片。

图3为实施例2所制备的镍单质的扫描电镜照片。