专利名称：一种高比表面积纳米铝酸镍电极材料的制备方法
技术领域：
本发明涉及化工新材料，具体涉及一种高比表面积纳米铝酸镍电极材料的制备方法。
背景技术：
尖晶石型复合氧化物(AB2O4)作为一类重要的无机功能材料，具有熔点高、热稳定性好、硬度高、高机械强度、耐化学腐蚀、良好的光学性质、低介电常数、疏水性好和低表面酸性等优点，广泛应用到在冶金、电子、信息、通信、家电、航空、军事、自动化、陶瓷、涂料和催化等领域。其中铝酸盐尖晶石化合物在磁性材料、介电陶瓷、化工催化领域和半导体四大领域获得极大关注。铝酸镍作为铝酸盐尖晶石中的一员，除具有其他铝酸盐尖晶石的特点 夕卜，还表现出更好的化学稳定性和催化活性。目前，人们已经发现了铝酸镍的一些用途，如可见光催化、氢化裂解甲苯、吸附NOx、惰性阳极和太阳能电池的阳极等。因此，探索合成新型的具有优良性能和稳定性的铝酸镍一直是国内外学者研究的热点领域。铝酸镍的合成方法主要有固相法，即高温焙烧铝盐和镍盐，有的高温达到1450°C，该法合成的铝酸镍粒子直径大、反应条件苛刻、无孔结构、反应比例不方便控制、比表面积小、杂质多、稳定性差、浪费能源，这些都限制了其大规模的应用和未来的实际发展。纳米材料具有独特的化学和物理效应，纳米铝酸镍尖晶石的粒子尺寸小，比表面积大、温度低、化学性质稳定，被人们广泛关注。目前多采用溶胶凝胶法合成纳米铝酸镍，该法多采用表面活性剂作为模板，合成的纳米铝酸镍具有较好的性能，但表面活性剂价格比较贵，影响其应用前景。人们尝试寻找价格便宜的模板剂，其中使用较多的模板剂是尿素、柠檬酸盐、醇类，但是合成的铝酸镍比表面积相对较小，粒子直径大，焙烧温度高，工艺相对复杂，且作为电极材料转化率不高，这也不利于未来的大规模生产和应用。结合以上分析，用一种简单的方法，得到具有粒径较小，高比表面积，高稳定性的铝酸镍电极材料，是一项十分重要科学意义的工作。
发明内容
本发明的目的是以提供一种高比表面积纳米铝酸镍电极材料的制备方法，解决现有技术制备的铝酸镍材料存在比表面积小、模板剂昂贵、粒子尺寸大、反应比例不方便控制和工艺复杂的问题。为实现上述目的本发明的技术方案是，一种高比表面积纳米铝酸镍电极材料的制备方法，包括以下步骤
一、制备复合糖溶胶首先将复合糖溶解到30mL 二次蒸馏水中，配制得到糖的浓度为I. 2 I. 6mol/L，加7. 5 IlmL低浓度氨水，搅拌，然后按摩尔比I 2加入C12H22NiO14AlCl3 · 6H20，在50 65°C，连续梯度匀速搅拌O. 5 I. 5小时，即形成绿色均匀的复合糖溶胶，所述加入的C12H22NiO14与糖的物质的量之比为I : 2 I :4，所述加入的AlCl3 ·6Η20与糖的物质的量之比为2 2 2:4;二、陈化、烘干将糖溶胶在室温下真空陈化O.5 I. 5小时，然后置于恒温干燥箱中，梯度升温干燥形成稳定前驱体，即在40 60°C，恒温5 7小时，然后升温到160 180°C，恒温3 5小时，取出热糖溶胶体系冷却至室温，即获得前躯体；
三、焙烧，制备纳米铝酸镍将前躯体放在管式炉中，在400 80(TC，先氮气条件后空气条件下焙烧2 4小时，冷却，取出研磨成粉末状，即得到大比表面积的的纳米铝酸镍。所述复合糖为葡萄糖与蔗糖、麦芽糖、环糊精其中的一种混合而成。所述连续梯度勻速搅拌，即O 30min搅拌速度200 300r/min ；30 90min搅拌速度 60(T700r/min。所述真空陈化的真空度满足小于等于90Pa。本发明的优点一、采用上述制备方法，实现了大比表面积的纳米铝酸镍电极材料的合成；二、合成工艺简单、工艺条件温和、操作方便、成本低；三、本发明具有普适性，为设 计合成其它尖晶石型复合氧化物纳米材料提供新的思路；四、本发明制备的纳米铝酸镍电极材料与现有的铝酸镍电极材料相比，稳定性好，且具有明显的孔结构。本发明制备的大比表面积的纳米铝酸镍，适用于作为太阳能电池的电极材料。将铝酸镍掺杂在太阳能电池阳极材料中，光电转化效率显著提高，电池性能明显增强。
图I、图2、图3分别是实施例I、实施例2以及实施例3得到的纳米铝酸镍的透射电子显微镜照片。
具体实施例方式为了更好的理解本发明，下面通过具体的实施例来具体说明本发明的技术方案。实施例I :一种高比表面积纳米铝酸镍电极材料的制备方法，具体是按以下步骤完成的
一、制备复合糖溶胶首先将复合糖溶解到30mL 二次蒸馏水中，配制得到糖物质的量浓度为I. 6mol/L,加IlmL低浓度氨水，搅拌，然后按摩尔比I : 2加入C12H22NiO14和AlCl3 · 6H20，在65°C，连续梯度匀速搅拌I. 5小时，即形成绿色均匀的复合糖溶胶；二、陈化、烘干将糖溶胶在室温下真空陈化I. O小时，然后置于恒温干燥箱中，梯度升温干燥形成稳定前驱体，即在60°C，恒温5小时，然后升温到180°C，恒温3小时，取出热糖溶胶体系冷却至室温，即获得前躯体；三、焙烧，制备纳米铝酸镍将前躯体放在管式炉中，焙烧4小时，冷却，取出研磨成粉末状，即得到大比表面积的的纳米铝酸镍。
本实施例中的复合糖为葡萄糖和蔗糖，其物质量比为1:1。本实施例中加入的AlCl3 · 6H20 质量为 2. 5g，C12H22NiO14 为 2. 2g。本实施例中连续梯度勻速搅拌，即300r/min搅拌30min ；700r/min搅拌60min。本实施例中所述焙烧采用500°C，通入氮气保护I. 5小时；700°C在空气条件下焙烧2. 5小时。对本实施例得到的纳米铝酸镍进行透射电子显微镜测试，得到40000倍透射电镜图如图I所示，有较小的粒径，其表面具有多孔结构，有利于增大其比表面积。实施例2 :—种高比表面积纳米铝酸镍电极材料的制备方法，具体是按以下步骤完成的
一、制备复合糖溶胶首先将复合糖溶解到30mL 二次蒸馏水中，配制得到糖物质的量浓度为I. 2mol/L,加7. 5mL低浓度氨水，搅拌，然后按摩尔比I : 2加入C12H22NiO14和AlCl3 · 6H20，在60°C，连续梯度匀速搅拌1.0小时，即形成绿色均匀的复合糖溶胶；二、陈化、烘干将糖溶胶在室温下真空陈化O. 5小时，然后置于恒温干燥箱中，梯度升温干燥形成稳定前驱体，即在40°C，恒温7小时，然后升温到160°C，恒温5小时，取出热糖溶胶体系冷却至室温，即获得前躯体；三、焙烧，制备纳米铝酸镍将前躯体放在管式炉中，焙烧4小时，冷却，取出研磨成粉末状，即得到大比表面积的的纳米铝酸镍。本实施例中的复合糖为葡萄糖和环糊精，葡萄糖和环糊精的物质量比为2:1。本实施例中加入的AlCl3 · 6H20 质量为 5. 0g, C12H22NiO14 为 4. 4g。本实施例中连续梯度勻速搅拌，即200r/min搅拌30min ；600r/min搅拌30min。
本实施例中所述焙烧采用400°C，通入氮气保护I. O小时；500°C在空气条件下焙烧3. O小时。对本实施例得到的纳米铝酸镍进行透射电子显微镜分析，得到25000倍透射电镜图如图2所示，其纳米铝酸镍粒子尺寸小，具有介孔结构，孔径均一，有利于增大表面积。实施例3 :—种高比表面积纳米铝酸镍电极材料的制备方法，具体是按以下步骤完成的
一、制备复合糖溶胶首先将复合糖溶解到30mL 二次蒸馏水中，配制得到糖物质的量浓度为I. 4mol/L,加IOmL低浓度氨水，搅拌，然后按摩尔比I 2加入C12H22NiO14和AlCl3 · 6H20，在50°C，连续梯度匀速搅拌O. 5小时，即形成绿色均匀的复合糖溶胶；二、陈化、烘干将糖溶胶在室温下真空陈化I. 5小时，然后置于恒温干燥箱中，梯度升温干燥形成稳定前驱体，即在50°C，恒温6小时，然后升温到180°C，恒温4小时，取出热糖溶胶体系冷却至室温，即获得前躯体；三、焙烧，制备纳米铝酸镍将前躯体放在管式炉中，焙烧2小时，冷却，取出研磨成粉末状，即得到大比表面积的的纳米铝酸镍。本实施例中的复合糖为葡萄糖和环糊精，葡萄糖和麦芽糖的物质量比为1:1。本实施例中加入的AlCl3 · 6H20 质量为 2. 0g, C12H22NiO14 为 I. 8g。本实施例中连续梯度勻速搅拌，即300r/min搅拌IOmin ；700r/min搅拌20min。本实施例中所述焙烧采用500°C，通入氮气保护O. 5小时；800°C在空气条件下焙烧I. 5小时。对本实施方式步骤三得到的纳米铝酸镍进行透射电子显微镜分析，得到50000倍透射电镜图如图3所示，其纳米铝酸镍粒子尺寸小且均一，具有多孔结构也进一步说明纳米铝酸镍电极材料具有大比表面积。
权利要求
1.一种高比表面积纳米铝酸镍电极材料的制备方法，其特征在于所述的制备方法包括如下步骤 (一)、制备复合糖溶胶首先将复合糖溶解到30mL 二次蒸馏水中，配制得到糖的浓度为1.2 I. 6mol/L，加7. 5 IlmL低浓度氨水，搅拌，然后按摩尔比I 2加入C12H22NiO14和AlCl3 ·6Η20，在50 65°C，连续梯度匀速搅拌O. 5 I. 5小时，即形成绿色均匀的复合糖溶胶，所述加入的C12H22NiO14与糖的物质的量之比为I : 2 I :4，所述加入的AlCl3 ·6Η20与糖的物质的量之比为2 2 2:4; (二)、陈化、烘干将糖溶胶在室温下真空陈化O.5 I. 5小时，然后置于恒温干燥箱中，梯度升温干燥形成稳定前驱体，即在40 60°C，恒温5 7小时，然后升温到160 180°C，恒温3 5小时，取出热糖溶胶体系冷却至室温，即获得前躯体； (三)、焙烧，制备纳米铝酸镍将前躯体放在管式炉中，在400 80(TC，先氮气条件后空气条件下焙烧2 4小时，冷却，取出研磨成粉末状，即得到大比表面积的的纳米铝酸镍。
2.根据权利要求I所述的一种高比表面积纳米铝酸镍电极材料的制备方法，其特征在于所述复合糖为葡萄糖与蔗糖、麦芽糖、环糊精中的其一种混合而成。
3.根据权利要求I所述的一种高比表面积纳米铝酸镍电极材料的制备方法，其特征在于所述连续梯度勻速搅拌，即O 30min搅拌速度20(T300r/min ；30 90min搅拌速度600 700r/min。
4.根据权利要求I所述的一种高比表面积纳米铝酸镍电极材料的制备方法，其特征在于所述真空陈化的真空度满足小于等于90Pa。
全文摘要
本发明公开了一种高比表面积纳米铝酸镍电极材料的制备方法，该方法包括(一)、制备复合糖溶胶；(二)、陈化、烘干；(三)、焙烧，制备纳米铝酸镍电极材料；本发明的优点(一)、采用上述制备方法，实现了大比表面积的纳米铝酸镍电极材料的合成；(二)、合成工艺简单、工艺条件温和、操作方便、成本低；(三)、本发明具有普适性，为设计合成其它尖晶石型复合氧化物纳米材料提供新的思路；(四)、本发明制备的纳米铝酸镍电极材料与现有的铝酸镍电极材料相比，稳定性好，且具有明显的孔结构。本发明制备的大比表面积的纳米铝酸镍，适用于作为太阳能电池的电极材料，将铝酸镍掺杂在太阳能电池阳极材料中，光电转化效率显著提高，电池性能明显增强。
文档编号B82Y30/00GK102910688SQ20121047254
公开日2013年2月6日 申请日期2012年11月21日 优先权日2012年11月21日
发明者田喜强, 董艳萍, 田军, 赵东江, 关海宁, 乔秀丽, 周凤超, 刁小琴 申请人:绥化学院