一种六水氯化镍的乙醇溶液中电沉积制备纳米镍粉的方法
【专利摘要】一种六水氯化镍的乙醇溶液中电沉积制备纳米镍粉的方法，属于金属纳米粒子合成【技术领域】。本发明的技术方案如下：第一步，电极预处理：以钛金属片和铂金属片为阴极和阳极，经过有机溶剂和去离子水清洗，备用；第二步，配置六水氯化镍的乙醇溶液，其浓度不小于5.9g/L；第三步，将上述的六水氯化镍的乙醇溶液置于反应槽中，施加脉冲直流电压，反应后收集产物，用有机溶剂对其清洗，即得到镍粉。本发明的反应体系简单、操作简便、设备要求低，易实现大规模生产，有广阔的产业化前景且对纳米金属粉末的制备和工业化生产都具有重要的意义。
【专利说明】一种六水氯化镍的乙醇溶液中电沉积制备纳米镍粉的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于金属纳米粒子合成【技术领域】，提出了一种液相电沉积法制备纳米镍粉的方法。
【背景技术】
[0002]纳米微粒由于结构和常规材料的不同，具有小尺寸效应、表面效应、量子效应、宏观量子隧道效应等，呈现出许多奇异的物理、化学性质，有着许多优异的力学、热学、光学、磁学和电学等性质及新规律，使得纳米材料具备其它一般材料所没有的优越性能，在化工、电子、冶金生物、国防等各个领域有着越来越广泛的应用前景。
[0003]纳米镍粉具有优良的磁性，电导率，高熔点和廉价等一系列优良的性质，使其在催化剂、烧结活化剂、导电料浆、电池、硬质合金粘结剂等方面有着广泛的应用。
[0004]纳米镍粉的制备及其工艺的研究也由来已久。目前，纳米镍粉的制备方法很多，包括气体蒸发-冷凝法、活性氢-熔金属反应法、电弧法、等离子体法、溅射法等气相法和液相还原法、溶胶-凝胶法、微乳液法、水热法、辐照法等液相法及机械合金化等固相法。国际市场上实现批量生产的主要是以日本采用的化学气相沉积、加拿大采用的羟基镍分解、以及美国量子球公司和中国宁波采用的蒸发-冷凝法，这些方法生产设备复杂、成本高，导致目前国际市场上的纳米镍粉价格非常昂贵。众所周知，液相法具有耗能少、操作简便等优点，具有非常可观的工业化生产前景，也是实验室广泛的制备方法。液相法制备纳米镍粉的基本原理是将镍盐溶解于水溶剂中，在还原剂(硼氢化钠/钾、水合肼、次磷酸钠等)的作用下镍离子还原为镍原子，经过形核生长得到直径在数十纳米的超细镍粉。但是，目前液相法制备镍粉还存在一些问题，如所用还原剂存在要么价格昂贵；要么有毒易爆，对实验人员、生产劳动者的身体和环境造成损害；要么引入杂质原子的缺点；而且反应过程中生成的纳米镍粉由于表面能大，在水分子作用下容易发生表面氧化和团聚现象。
【发明内容】
[0005]本发明要解决的技术问题是，提供一种制备纳米镍粉的方法——电化学法，以解决目如液相法制备镇粉的还原剂问题和纳米镇粉表面氧化问题。其基本原理是选择六水合氯化镍为镍盐，将其溶解在纯乙醇中。纯乙醇的氧化性低于去离子水，因此可以有效降低纳米镍粉的表面氧化。实验中选择金属钛、钼片为阴阳极，固定阴阳极间距，加直流脉冲电压。当电压大于某值时，溶液阴极附近的镍离子会发生还原反应，生成镍原子，形核长大后得到镍纳米粉。镍纳米粒子尺寸由电压、溶液中镍盐浓度和引入分散剂来控制。该方法具有操作简单，无污染，产量高，廉价，实验可重复性好等一系列优点。
[0006]实现该技术方案的步骤如下:
[0007]第一步，电极预处理:以钛金属片和钼金属片为阴极和阳极，经过有机溶剂和去离子水清洗，备用；
[0008]第二步，配置六水氯化镍的乙醇溶液，其浓度不小于5.9g/L ；[0009]第三步，将上述的六水氯化镍的乙醇溶液置于反应槽中，施加脉冲直流电压，反应后收集产物，用有机溶剂对其清洗，即得到镍粉。
[0010]本发明的效果和益处是使用液相电沉积法，在不用其他还原剂和表面活性剂的条件下成功地于单一的六水氯化镍的纯乙醇溶液中制备出纳米量级的镍粉，其平均晶粒大小范围20?60nm，矫顽力范围171?3130e，饱和比磁化强度范围35.78?42.54emu/g，剩余比磁化强度范围10.66?14.68emu/g。同时具有以下优点，I)避免了使用硼氢化钠/钾、水合肼、次磷酸钠等常用的还原剂，在电能的辅助下从镍盐中还原出镍粉；2)溶剂为纯乙醇体系而非水性溶剂可以降低晶粒的粒径，提高颗粒的分散性，即使没有表面活性剂也能制备出粒径较小的的粉末；3)六水氯化镍为单一镍源，简化了操作流程，产物的分离清洗更加简单，试剂还可实现重复利用。
[0011]本发明的反应体系简单、操作简便、设备要求低，易实现大规模生产，有广阔的产业化前景且对纳米金属粉末的制备和工业化生产都具有重要的意义。
【具体实施方式】
[0012]以下结合技术方案详细叙述本发明的【具体实施方式】。
[0013]实施例1
[0014]用国内市场上出售的分析纯NiCl2.6H20和无水乙醇为原料，钛和钼片为阴阳电极，准备一个直流脉冲电源，一个石英玻璃电解槽，施加电压制备纳米镍粉。其具体实施步骤如下:
[0015]第一步:对电极进行预处理，将电极用丙酮-无水乙醇-去离子水依次超声清洗10分钟，再用电吹风吹干，待用；
[0016]第二步:配置六水氯化镍的无水乙醇溶液，并倒入石英玻璃电解槽，质量浓度分别为 6g/L ；
[0017]第三步:安装电极，电极间距为3cm，连接电路，将电压控制在40V，脉冲频率4KHZ，通断比0.4，常温常压下反应；
[0018]第四步:7小时，关闭电源，取出电极。溶液经过滤装置过滤，再用乙醇反复清洗，然后将镍粉的乙醇溶液超声处理lOmin，最后在60°C条件下干燥得到镍粉。
[0019]实施例2
[0020]其他步骤和参数与实施例1相同，第二步中六水氯化镍的浓度为7.5g/L。
[0021]实施例3
[0022]其他步骤和参数与实施例1相同，第二步中六水氯化镍的浓度为9g/L。
[0023]实施例4
[0024]其他步骤和参数与实施例1相同，第二步中六水氯化镍的浓度为10.5g/L。
[0025]实施例5
[0026]其他步骤和参数与实施例1相同，第二步中六水氯化镍的浓度为12g/L。
[0027]实施例6
[0028]其他步骤和参数与实施例1相同，第三步中调整电极间距为2.5cm,电压50V。
[0029]实施例7
[0030]其他步骤和参数与实施例1相同，第三步中调整电极间距为3.5cm,电压40V。[0031]实施例8
[0032]其他步骤和参数与实施例1相同，第三步中调整脉冲电流脉冲频率为3.5KHZ，通断比为0.5。
[0033]实施例9
[0034]其他步骤和参数与实施例1相同，第三步中调整脉冲电流脉冲频率为.4.5KHZ，通断比为0.3。
[0035]实施例10
[0036]其他步骤和参数与实施例1相同，第四步中反应时间为2小时。
[0037]实施例11
[0038]其他步骤和参数与实施例1相同，第四步中反应时间为4小时。
[0039]实施例12
[0040]其他步骤和参数与实施例1相同，第四步中反应时间为6小时。
【权利要求】
1.一种六水氯化镍的乙醇溶液中电沉积制备纳米镍粉的方法，其特征在于步骤如下: 第一步，电极预处理:以钛金属片和钼金属片作为反应槽的阴极和阳极，经过有机溶剂和去离子水清洗； 第二步，配置六水氯化镍的乙醇溶液，其浓度不小于5.9g/L ； 第三步，将上述的六水氯化镍的乙醇溶液置于反应槽中，施加脉冲直流电压，反应后收集产物，用有机溶剂对其清洗，即得到镍粉。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的阴阳极之间的距离为2.5?3.5cm，脉冲直流电压范围40?50V，脉冲频率3.5?4.5KHZ，通断比0.3?0.5。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述的六水氯化镍的乙醇溶液的浓度为 6.0g/L ?12g/L。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述的有机溶剂为丙酮或乙醇。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述的有机溶剂为丙酮或乙醇。
6.根据权利要求1、2或5所述的方法，其特征在于，将得到的镍粉在乙醇溶液中超声分散。
7.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，将得到的镍粉在乙醇溶液中超声分散。
8.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，将得到的镍粉在乙醇溶液中超声分散。
9.根据权利要求1、2、5、7或8所述的方法，其特征在于，反应时间为2?7小时。
10.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，反应时间为2?7小时。
【文档编号】C25C5/02GK103722167SQ201310672382
【公开日】2014年4月16日 申请日期:2013年12月10日 优先权日:2013年12月10日
【发明者】张贵锋, 车参燕, 侯晓多, 高晓霞, 邓德伟 申请人:大连理工大学