一种Ni-Ni2O3纳米复合材料

摘要

本发明涉及一种Ni-Ni2O3纳米复合材料，特别是一种铁磁性的Ni-Ni2O3纳米复合材料及水热一步合成该材料的方法。其中Ni为纳米线形态，而Ni2O3为颗粒，通过二者的共同作用，使得材料在光学、光催化、磁性等方面的性能大幅提升。

权利要求

1.一种铁磁性的Ni-Ni2O3纳米复合材料，其特征在于该材料是Ni2O3-Ni核壳结构的纳米颗粒，由Ni纳米线和Ni2O3颗粒复合而成，在该结构中Ni2O3作为核被包裹在Ni纳米线中间。

2.如权利要求1所述的Ni-Ni2O3纳米复合材料，其特征在于制备过程采用水热还原法，所述的合成方法具体步骤如下：

1)将2.37g NiCl2·6H2O粉末溶解于50ml乙醇溶液中，并加入0.8gNaOH，将混合溶液充分搅拌，使各组分混合均匀；

2)向步骤1)的混合溶液中加入1ml质量浓度为80％水合肼，充分搅拌均匀；

3)将步骤2)的混合溶液转移到80～120ml的高压反应釜中，在150℃～200℃的温度下反应1～4小时，反应结束后，将反应釜自然冷却至室温；

4)将步骤3)所得的黑色沉淀取出，用水进行洗涤、干燥，得到最终的Ni-Ni2O3纳米复合物。

3.如权利要求2所述的Ni-Ni2O3纳米复合材料，其特征在于步骤1)中各种反应物的加入顺序可以任意选择。

4.如权利要求2所述的Ni-Ni2O3纳米复合材料，其特征在于步骤1)中所述的乙醇也可以换做甲醇、丙酮。

5.如权利要求2所述的Ni-Ni2O3纳米复合材料，其特征在于步骤1)中所述的NaOH也可以换做氨水、KOH。

6.如权利要求2所述的Ni-Ni2O3纳米复合材料，其特征在于步骤3)中所述的反应温度优选180℃，反应时间优选2小时。

说明书

一种Ni-Ni2O3纳米复合材料

技术领域

[0001] 本发明涉及一种Ni-Ni2O3纳米复合材料，特别是一种铁磁性的Ni-Ni2O3纳米复合材料及水热合成该材料的方法。

背景技术

[0002] “纳米复合材料”是指由两种或两种以上物理化学性质不同的组分组成的纳米体系，各成分间具有相互接触的界面。近年来，纳米复合材料由于兼具优良的综合性能、灵活的可设计性及巨大的应用价值而引起广泛关注，在光学、催化、材料、能源、电子信息、生物医药、环境科学、航空航天、国防交通等众多领域具有广阔应用前景。

[0003] 镍(Ni)是一种重要的金属材料，其化学稳定性高，耐腐蚀性强，可作为高性能的电极材料用于燃料电池领域；此外，Ni也是一种优良的催化剂材料，在加氢、脱氢、氧化脱卤、脱硫等化学转化过程中表现出了良好的催化性能，在石油、化工、制药等工业领域得到广泛应用，而纳米镍与普通镍催化剂相比性能会大幅提高；更重要的是，Ni是一种重要的铁磁性金属材料，其自旋极化率为11％，居里温度达到627K，在室温下就可保持铁磁性，因此在自旋电子器件、磁记录材料、读出磁头、磁性传感器等领域具有重要的应用价值。另一方面，将纳米镍应用于复合材料领域，形成镍基纳米复合材料，可明显提高其性能，实现多功能化，从而扩展其应用范围。

[0004] 本发明提供一种Ni-Ni2O3纳米复合材料及其制备方法，将半导体Ni2O3引入到金属Ni的纳米结构中去，形成一种特殊的复合结构，其中Ni以纳米线的形式存在，而Ni2O3以颗粒的形式嵌入其中，通过二者的协同效应，使得材料在光学、光催化、磁性等方面的性能大幅提升，此外在燃料电池、催化等领域也有巨大的应用潜力。

[0005] 目前关于Ni-Ni2O3的研究仅有少量报道。其中，Wang等人在Journal of Alloys and Compounds 567，21-25(2013)中提供了一种Ni@Ni2O3核壳结构的纳米颗粒并将其用于微波吸收，在该结构中Ni作为核被包裹在Ni2O3中间，这种结构虽然不影响吸波特性，但对催化活性势必会造成严重影响。另外，Rodríguez等人在Journal of Nanoscience and Nanotechnology 8，3820-7(2008)中提供了一种Ni/Ni氧化物的纳米颗粒及其制备方法，但该方法制备出的纳米颗粒体系为顺磁性，并没有表现出Ni本身应具有的铁磁性。本发明提供一种新型的铁磁性的Ni-Ni2O3纳米复合材料，该材料由Ni纳米线和Ni2O3颗粒复合而成，其中Ni的纳米线均匀分散于Ni2O3的周围，二者既均匀接触，又没有完全包裹，既保持了两种材料各自特有的性质，又产生了协同效应。经测试表明，这种结构在磁性上提高了Ni纳米材料的磁稳定性，有助于提高Ni在磁性器件中的性能；在光学性质上，提高了光吸收的范围，光吸收范围几乎覆盖整个紫外到近红外区，大大提高了对太阳光的利用率；该结构在催化及光催化方面表现出了明显的效果；此外，该结构在磁电阻器件中也表现出了良好的性能。

发明内容

[0006] 本发明提供一种新型的铁磁性的Ni-Ni2O3纳米复合材料，该材料是Ni2O3-Ni核壳结构的纳米颗粒，由Ni纳米线和Ni2O3颗粒复合而成，在该结构中Ni2O3作为核被包裹在Ni中间。由于Ni的纳米线均匀分散于Ni2O3的周围，二者既均匀接触，又没有完全包裹，既保持了两种材料各自特有的性质，又产生了协同效应。

[0007] 本发明提供一种新型的铁磁性的Ni-Ni2O3纳米复合材料，其特征在于制备过程采用水热还原法。所述的合成方法具体步骤如下：

[0008] 1)将2.37g NiCl2·6H2O粉末溶解于50ml乙醇溶液中，并加入0.8g NaOH，将混合溶液充分搅拌，使各组分混合均匀；

[0009] 2)向步骤1)的混合溶液中加入1ml浓度为80％水合肼，充分搅拌均匀；

[0010] 3)将步骤2)的混合溶液转移到80～120ml的高压反应釜中，在150℃～200℃的温度下反应1～4小时，反应结束后，将反应釜自然冷却至室温；

[0011] 4)将步骤3)所得的黑色沉淀取出，用水进行洗涤、干燥，得到最终的Ni-Ni2O3纳米复合物。

[0012] 本发明提供了一种制备铁磁性Ni-Ni2O3纳米复合材料的方法，其特征在于该方法制备Ni-Ni2O3的过程中，步骤1)中各种反应物的加入顺序可以任意选择。

[0013] 本发明提供了一种制备铁磁性Ni-Ni2O3纳米复合材料的方法，其特征在于该方法制备Ni-Ni2O3的过程中，步骤1)所述的乙醇也可以换做甲醇、丙酮等极性有机溶剂。

[0014] 本发明提供了一种制备铁磁性Ni-Ni2O3纳米复合材料的方法，其特征在于该方法制备Ni-Ni2O3的过程中，步骤1)所述的NaOH也可以换做氨水、KOH等其它碱性物质。

[0015] 本发明提供了一种制备铁磁性Ni-Ni2O3纳米复合材料的方法，其特征在于该方法制备Ni-Ni2O3的过程中，步骤3)所述的反应温度优选180℃，反应时间优选2小时。

[0016] 本发明提供了一种制备铁磁性Ni-Ni2O3纳米复合材料的方法，其特征在于用一锅法制备出Ni-Ni2O3纳米复合材料，属于原位合成。

[0017] 本发明提供了一种制备铁磁性Ni-Ni2O3纳米复合材料的方法。采用该方法制备出的Ni-Ni2O3纳米复合材料中Ni为纳米线，Ni2O3以颗粒形态存在。这种结构在磁性上提高了Ni纳米材料的铁磁稳定性，室温饱和磁化强度超过21emu/g；提高了光吸收性能，光吸收波长范围覆盖了从350nm到2300nm的紫外到近红外区域；在光催化和催化方面表现出了明显的效果，对有机污染物的亚甲基蓝具有明显的降解作用，在磁电阻器件中也表现出了良好的性能。将这些性能综合起来，有可能制备出具有多功能性的新型器件，例如，利用材料的铁磁 性、高的光吸收性和良好的光催化(催化)性能，可制备出高效光催化剂(催化剂)，该催化剂可通过外加磁场进行回收，克服了传统光催化剂难以回收、造成二次污染的问题，此外，该催化剂的光吸收很强，大大提高了对太阳光的利用效率以及光催化的效果。

附图说明

[0018] 图1是通过扫描电子显微镜测量的Ni-Ni2O3纳米复合材料的形貌图。从图中可以看出，Ni为纳米线，Ni2O3以颗粒形态存在。

[0019] 图2是Ni-Ni2O3纳米复合材料的室温磁滞回线，从图中可以看出材料在室温下为铁磁性，饱和磁化强度为21.2emu/g。

[0020] 图3是Ni-Ni2O3纳米复合材料的光吸收谱，从图中可以看出材料在从350nm到2300nm的波长范围内都具有较强的吸收。

具体实施方式

[0021] 下面将通过具体实施例对本发明作进一步的说明。

[0022] 实施例1

[0023] 将2.37g NiCl2·6H2O粉末溶解于50ml乙醇溶液中，并加入0.8g NaOH，将混合溶液充分搅拌，使各组分混合均匀；向混合溶液中加入1ml浓度为80％水合肼，充分搅拌均匀；将混合溶液转移到80ml的高压反应釜中，在200℃的温度下反应2.5小时后，将反应釜自然冷却至室温；打开反应釜，将底部的黑色沉淀取出，用水洗涤、干燥，得到最终的Ni-Ni2O3纳米复合物。

[0024] 采用德国LEO公司的1530VP型场发射扫描电子显微镜对粉末样品的形貌进行了观测，测量结果如说明书附图1所示。从图中可以看出，Ni为纳米线，Ni2O3以颗粒形态存在。

[0025] 实施例2

[0026] 将2.37g NiCl2·6H2O粉末溶解于50ml乙醇溶液中，并加入1.12g KOH，将混合溶液充分搅拌，使各组分混合均匀；向混合溶液中加入1ml浓度为80％水合肼，充分搅拌均匀；将混合溶液转移到80ml的高压反应釜中，在150℃的温度下反应3小时后，将反应釜自然冷却至室温；打开反应釜，将底部的黑色沉淀取出，洗涤、干燥，得到最终的Ni-Ni2O3纳米复合物。

[0027] 采用磁性测量仪(MPMS-9)对室温磁滞回线进行了测量，测量结果如说明书附图2所示。从图中可以看出材料在室温下为铁磁性，饱和磁化强度为21.2emu/g。

[0028] 实施例3

[0029] 将2.37g NiCl2·6H2O粉末溶解于50ml乙醇溶液中，并加入0.8g NaOH，将混合溶液充分搅拌，使各组分混合均匀；向混合溶液中加入1ml浓度为80％水合肼，充分搅拌均匀；将混合溶液转移到100ml的高压反应釜中，在180℃的温度下反应2小时后，将反应釜自然冷却至室温；打开反应釜，将底部的黑色沉淀取出，洗涤、干燥，得到最终的Ni-Ni2O3纳米复合物。

[0030] 采用日立公司的紫外-可见分光光度计(HITACHI UV-4100)对光学吸收谱进行了测量，测量结果如说明书附图3所示。从图中可以看出，样品材料在从350nm到2300nm的波长范围内都具有较强的吸收特性。