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本课题以六水合硝酸镍、尿素、氨水、无水乙醇为原料,以聚乙二醇(PEG)为表面活性剂,采用微波水热工艺成功制备出了不同形貌的氢氧化镍前驱体,然后经过煅烧得到形貌与前驱体一致的氧化镍。实验所得样品分别用X射线衍射分析技术(XRD)、热分析(TG/DTA)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析(EDS)、透射电子显微镜(TEM)、选区电子衍射分析(S/LED)、傅里叶变换红外光谱分析(FTIR)、紫外-可见光谱分析(UV-Vis)等检测仪器进行了分析和表征,还通过循环伏安法(CVs)考察了所制备样品的电化学性能,同时也对Ni(OH)2自组装结构的形成机理做了分析。除此之外,对微波水热工艺过程中可能影响产物结构和形貌的各种影响参数也做了考察分析,比如:微波水热温度、微波水热时间、PEG的浓度、尿素添加量等。
实验结果表明:
(1)以六水合硝酸镍、尿素为原料,PEG-6000为表面活性剂,在填充比为50％的情况下,采用微波水热工艺制备出了核桃状氢氧化镍自组装微球,将前驱体在400℃下煅烧,得到形貌与前驱体一致的氧化镍自组装微球,并且由粒径分布结果可以看出,随着PEG-6000的浓度的增大,微球的直径减小。当PEG的浓度分别为2,3和4mmol·L-1时,前驱体的粒径分别为4.689μm,4.185μm和3.907μm,氧化镍的粒径分别为2.818μm,2.681μm和.2.492μm。不同尿素添加量制备的前驱体的SEM和XRD结果表明:尿素用量决定纳米结构单元的形貌,过多的尿素用量会使微球表面的片状结构遭到破坏,产物中出现NiOOH和NiO的晶相。选区电子衍射分析表明,前驱体和氧化镍均为多晶。循环伏安测试表明,随着扫描速率的增大,氧化镍的可逆性变好。
(2)以六水合硝酸镍为镍源,尿素和氨水为水解控制剂及PEG一20000为表面活性剂,在填充比为50％的情况下,采用微波水热工艺成功制备出了花状氢氧化镍自组装结构前驱体,将前驱体在不同温度下煅烧得到花状氧化镍自组装结构。测试结果表明,所制自组装氢氧化镍结构的直径为2.5-4.5μm左右,是由厚度为10-20nm,宽度为0.5-1.5μm的纳米片自组装而成。UV-Vis分析结果表明,随着煅烧温度的升高,氧化镍出现蓝移现象。将所制备的氧化镍和炭黑制成电极,其电化学性能测试表明炭黑对花状结构Ni(OH)2电极的总电容的影响是可以忽略的,炭黑在Ni(OH)2电极中主要是起到导电的作用,Ni(OH)2电极具有良好的可逆性。
(3)以硝酸镍、尿素为原料,PEG-6000为表面活性剂,在填充比为75％的情况下,采用微波水热工艺制备出了表面长有小立方体的氢氧化镍自组装微球。其中Ni(OH)2的直径为2-4μm,其立方体的边长为200nm。前驱体经过热处理即可得到相同形貌的NiO微球,其立方体的边长为100nm,并且NiO样品相对于常规本体NiO有明显红移现象。当增加PEG-6000的质量至5.4g时,产物中出现六棱柱状和片状等多种结构,且颗粒的基本单元为六边形。循环伏安测试表明,当扫描速率为100mV/s时,NiO电极反应可逆性最好。当扫描速率为20mV/s时,NiO电极的充电效率最高。