肼还原法制备纳米镍粒子的合成与机理

肼还原法制备纳米镍粒子的合成与机理

第38卷第6期 2007年12月 中南大学学报(自然科学版) Vol.38 No.6 J. Cent. South Univ. (Science and Technology) Dec. 2007

肼还原法制备镍纳米粒子及其机理

胡爱平，唐元洪，彭 坤，罗小兰，朱文海

(湖南大学 材料科学与工程学院，湖南 长沙，410082)

摘 要：在乙二醇中用肼作还原剂还原Ni2+制备镍纳米粒子。用X射线衍射仪测定出产物的相结构，用扫描电子显微镜观察产物的微观结构。根据反应现象和产物的相结构，研究温度、pH值调节剂种类和pH值对镍纳米粒子形成的影响，并推断其形成机理。研究结果表明，用肼作还原剂还原Ni2+制备纳米Ni的最佳反应温度为60 ℃，用NaOH作pH值调节剂调pH值到10~11得到的镍纳米粒子为体心立方结构，平均粒径为25 nm。在Ni纳米粒子的形成过程中，NaOH不仅起到调节pH值的作用，还起催化作用。 关键词：Ni纳米粒子；肼；合成；形成机理

中图分类号：O781；TN304.3 文献标识码：A 文章编号：1672-7207(2007)06 1063 04

Synthesis and formation mechanism of nickel nanoparticles by

hydrazine reduction

HU Ai-ping, TANG Yuan-hong, PENG Kun, LUO Xiao-lan, ZHU Wen-hai

(College of Materials Science and Engineering, Hunan University, Changsha 410082, China)

Abstract: Nickel nanoparticles were obtained by hydrazine reduction of nickel chloride in ethylene glycol in an air atmosphere. The resultant particles were characterized by X-ray diffractometer and scanning electron microscope. The effects of temperature and alkalinity on the reaction were studied. The results show that the optimal conditions are as follows: temperature of 60 ℃, and NaOH as pH value adjusting reagents, pH value of 10 11. Under the optimal conditions, the resultant particles is pure crystalline nickel with an face centered cubic (fcc) structure and mean diameter of about 25 nm. According to the experiment phenomena in the process of reaction and the phase structure of resultant particles, it can be concluded that the reaction can be carried out due to NaOH as catalyst and pH adjusting reagent.

Key words: nickel nanoparticles; hydrazine; synthesis; formation mechanism

近年来，纳米金属材料如铁、镍纳米粒子由于在磁流体[1 2]、磁记录系统[3 4]、催化[5 6]、光电子[7]和药物传输[3, 7 8]等领域具有潜在的应用而得到广泛关注。制备纳米金属粒子的方法有很多，如气相沉积法[9 10]，模板法[11 12]，溶胶凝胶法[13]和电化学沉积法[14]等。气相沉积法设备昂贵，模板法可以通过调节模板剂的量来控制粒子的粒径，但是，有机

收稿日期：2007 04 20；修回日期：2007 06 25 基金项目：国家自然科学基金资助项目(50501008)

作者简介：胡爱平(1973 )，女，湖南宁乡人，博士研究生，从事纳米功能材料研究 通信作者：唐元洪，教授，博士生导师；电话：0731-8821778；E-mail: yhtang2000@http://www.77cn.com.cn

模板剂在反应完之后不易除去；溶液化学还原法工艺最简单，产物粒径、形貌等容易控制，因此，受到人们关注。在溶液法中，还原剂一般采用硼氢化钠和肼。当用硼氢化钠作还原剂时，反应快且较完全，但硼氢化钠价格高，并且在产品中常会带入硼等杂质。肼是一种价格低廉的还原剂，且不会给产品带来难以剔除的杂质。所以，经常被用于还原制

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备不同的金属[15]，目前，人们对其有关反应机理的研究较少。为此，本文作者在乙二醇中用肼做还原剂，在较低的温度下制备镍纳米粒子，并根据反应

的现象及碱调节剂对反应的影响推断其反应的 机理。

1 实 验

1.1 原材料

原材料为：NiCl2·6H2O, N2H4·H2O，乙二醇和NaOH，均为分析纯；实验所用水为去离子水。 1.2 合 成

在设定的温度下，先向三口烧瓶中加入乙二醇溶液，然后，将二氯化镍溶解于乙二醇溶液中，再加入适量的水合肼和1 mol/L NaOH溶液，剧烈搅拌一段时间后有黑色粒子形成。在反应的过程中，溶液的颜色由绿变紫，然后呈白紫色，最后变黑。在 60 ℃时强烈搅拌30 min，将溶液离心，黑色沉淀在80 ℃下空气中干燥2 h，待检测；往滤液中加入一定量的Na2CO3溶液，若无沉淀生成，则表明滤液中检不出Ni2+，说明反应进行完全。 1.3 表 征

利用D-5000 X射线衍射仪测定样品的相结构。扫描的条件是：Cu靶Kα，管电压为35 kV，管电流为30 mA，采用步进扫描方式进行测量，步长为0.02 ，积分时间为0.2 s，扫描范围为20 ~80 。

利用扫描电镜观察产物形貌，测试样本的制备方法是：首先将粉末加入到乙二醇溶剂中超声分散15 min，然后用滴管滴到铜片上，在室温下晾干后，喷上碳膜，利用JEOF-6010扫描电子显微镜进行 测试。

2 结果与讨论

2.1 结构分析

在乙二醇中用肼还原得到的样品的XRD光谱图如图1所示。3个特征峰(2θ=44.5 ，51.8 和76.4 )分别对应镍的(111)，(200)和(222)面的特征峰，这表明产物为面心立方结构的晶体镍。XRD图谱中没有出现NiO和Ni(OH)2的杂质峰，这说明用肼还原生成Ni不需要惰性气氛，也可能是反 …… 此处隐藏：6359字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……