專利名稱：制備金屬鎳納米空心球的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種金屬鎳的制造方法，特別涉及一種納米級的可廣泛應用于制 備電池、傳感器、催化劑等領域的金屬鎳的制備方法。
背景技術：
具有納米結構的空心球由于具有密度低、過濾性好、特殊極性及光學性質， 從而具有特殊用途。應用于醫(yī)學、制藥學、材料科學等領域，可作為添裝物、涂 料、顏料、催化劑以及藥物傳遞的載體、膠囊及支撐物，并可作為籠狀反應器使 反應在有限的空間進行。在過去的幾年里，納米空心球的制備得到了迅猛的發(fā)展， 其中模板法是目前核-殼型納米空心球結構最常用的制備方法。常用的模板包括 金、銀、CdS、 Si02納米膠粒微球、單分散性的高分子微球及其它的一些聚合物
等。除了模板法以外，自組裝也是近年來發(fā)展的一種有效的制備空心球結構的方 法。自組裝制備空心球一般是利用大分子模板誘導和控制無機物形成和生長，其 最大的特點就模板結構分子對沉積過程進行控制，利用組裝模板和納米顆粒之間 以及它們自身的相互識別作用，使得組裝體具有更加豐富的形貌，如空心球、納 米管、顆粒以及它們在不同維度組裝的超結構等。在這些超結構中，磁性粒子的 一維組裝體因其在磁性輸運方面的新奇特性而受到越來越多的重視，其中比較精 彩的工作包括利用磁性粒子固有的磁偶極矩使粒子形成一維結構的空心球半導
體組裝體，以及利用納米尺度上的Kirkendall效應在較高的溫度下獲得對磁性模 板進行轉錄從而獲得鎳的一維空心結構。
鎳是一類重要的戰(zhàn)略金屬材料，幾乎在所有的現(xiàn)代工業(yè)領域獲得廣泛的應 用。將微/納米多級結構構筑技術和傳統(tǒng)工藝結合起來，通過從分子水平上調節(jié) 結構單元的組分、尺寸、形狀及組織方式對組裝體的性質進行更精確的調控，能 夠極大的改變金屬鎳在催化、電極、化學保護涂層、軟磁材料以及低溫超塑性材 料等應用領域中的性能。金屬鎳納米結構的制備方法近來得到了長足的發(fā)展，合 成的納米結構包括化學還原法的納米球、電化學模板沉積納米環(huán)等。鎳空心球一般是利用模板的方法來制備，采用的模板包括二氧化硅微球、高分子微球和一些 貴重金屬納米膠粒微球等。這些方法雖然能夠得到高質量的金屬鎳納米空心球， 但是成本高，產率低，如何能用經濟有效的方法大規(guī)模的生產金屬鎳空心納米結 構在實際應用和生產中具有重大的經濟價值和科學意義。

發(fā)明內容
為了解決現(xiàn)有技術存在的生產成本高，產率低的缺點，本發(fā)明提出了一種制 備金屬鎳納米空心球的方法，具有工藝簡單、原料成本低廉的優(yōu)點。
本發(fā)明的技術方案為 一種制備金屬鎳納米空心球的方法，將金屬鎳鹽和聚
乙烯吡咯垸酮按質量比為1:0.5-1:20的比例溶解在乙二醇中，再按水合肼金屬 鎳鹽=2-20: 1的摩爾比加入水合肼和5ml 15ml乙醇，加熱反應3~48h，至溶液 中產生黑色沉淀，將黑色沉淀洗滌干燥得到疏松的黑色粉末狀金屬鎳納米空心球 或金屬鎳納米空心球鏈。所述的金屬鎳鹽為乙酸鎳、硫酸鎳、氯化鎳或者硝酸鎳 中的任意一種。所述的金屬鎳鹽在乙二醇中的摩爾濃度為0.001 0.1 mol/L。反 應過程中加熱可采用沸騰回流或者控溫攪拌，控溫60-197'C之間，攪拌速度 100-10,000轉/分方式得到均勻產物。所述的聚乙烯吡咯烷酮的分子量在30， 000 到50， 000之間。在溶液環(huán)境中納米晶粒在表面活性劑膠囊和溶液的界面處組裝 并二次結晶，表面活性劑經水洗除去后即可獲得具有高比表面積的空心結構的金 屬鎳納米空心球或一維空心球鏈。該方法工藝簡單，成本低廉，
有益效果l.本發(fā)明制備的金屬鎳納米粒子具有空心結構，延長反應時間、 加大表面活性劑用量還能形成納米空心球的一維組裝結構，相比于以前的實心結 構，這種空心結構具有密度低、表面積大等特征，適合于作為填裝物、涂料、顏 料、催化劑、傳感器、電池以及藥物傳遞的載體、膠囊及支撐物，并可作為籠狀 反應器等應用于醫(yī)學、制藥學、材料科學等領域。
2.該方法制備金屬鎳空心納米球成本低廉，工藝簡單。


圖1為空心球鏈的XRD譜。
圖2為(a)純鎳納米鏈的低倍SEM圖像；(b)放大倍數(shù)下樣品的SEM圖像；(c)純鎳空心球的低倍SEM圖像
具體實施方式
實施例1
首先將0.27 g NiCi2 6H20和1 g聚乙烯吡咯烷酮PVP (分子量MW 30,000)溶解到75 ml乙二醇中(EG)，然后在上述溶液中按摩爾比水合肼 NiCl2 6H20=2: 1的比例加入水合肼和5 ml乙醇，然后加熱到沸點并回流4 小時，溶液變成從最初的藍色變?yōu)辄S綠色并最終有黑色空心球產生。將沉淀用無 水乙醇洗滌6次后在8(TC下烘干，得到疏松的黑色粉末狀金屬鎳納米空心球， 空心球直徑為1微米左右，作為基本構筑單元的金屬鎳納米顆粒粒徑為10納米 左右。
實施例2
首先將0.27gNiCl2 6H20和1 g PVP (MW 40,000)在強烈攪拌下溶解 到75ml乙二醇中(EG)，然后在上述溶液中按摩爾比水合肼NiCl2*6H20= 20: 1的比例加入水合肼和5ml乙醇，然加熱到沸點并回流48小時，在瓶底有 大量的黑色空心球鏈產生。
實施例3
首先按質量比1: 4的比例將0.5 g硫酸鎳和2 g聚乙烯吡咯烷酮PVP (分 子量MW 30,000)溶解到75 ml乙二醇中(EG)，然后在上述溶液中加入1.5 ml 水合肼(50%Vol. A.R.)和5ml乙醇，然后控溫在180 °C，反應6小時，溶液 變成從最初的藍色變?yōu)辄S綠色并最終有黑色空心球產生。將沉淀用無水乙醇洗滌 6次后在8(TC下烘干，得到疏松的黑色粉末。
實施例4
首先按質量比1:20的比例將0.3 g硝酸鎳和6g聚乙烯吡咯烷酮PVP (分 子量MW30,000)溶解到1032ml乙二醇中(EG)，然后在上述溶液中按摩爾比 水合肼硝酸鎳=12: 1的比例加入水合肼和5 ml乙醇，然后升溫至沸騰，反應12小時，溶液變成從最初的藍色變?yōu)辄S綠色并最終有黑色空心球產生。將沉 淀用無水乙醇洗滌6次后在8(TC下烘干，得到疏松的黑色粉末。所得空心球直 徑為300納米左右，作為基本構筑單元的金屬鎳納米顆粒粒徑為6納米左右。
實施例5
首先按質量比1:10的比例將0.3 g乙酸鎳和3g聚乙烯吡咯烷酮PVP (分 子量MW 50,000)溶解到12 ml乙二醇中(EG)，然后在上述溶液中加入2 ml水 合肼(50% Vol. A.R.)和15ml乙醇，然后加熱至沸騰并反應48小時，溶液變 成從最初的藍色變?yōu)辄S綠色并最終有黑色空心球鏈產生。將沉淀用無水乙醇洗滌 6次后在8(TC下烘干，得到疏松的黑色粉末。
實施例6
首先將0.27 g NiCl2 6H20禾tl lgPVP (MW 40,000)在強烈攪拌下溶解 到75ml乙二醇中(EG)，然后在上述溶液中加入1.25 ml水合肼(50% Vol. A.R.) 和10 ml乙醇，然后控溫在60°C，攪拌速度100轉/分反應48小時，在瓶底有大 量的黑色空心球鏈產生。
實施例7
首先將0.27 g NiCl2 6H20和1 g PVP (MW 40，000)在強烈攪拌下溶解 到75ml乙二醇中(EG)，然后在上述溶液中加入1.25 ml水合肼(50% Vol.A.R.) 和5 ml乙醇，然后控溫在IO(TC，攪拌速度7000轉/分反應48小時，在瓶底有 大量的黑色空心球鏈產生。
從以上實施例得到的金屬鎳空心納米球EM圖中我們可以發(fā)現(xiàn)，所得到的金 屬鎳具有可控的納米結構，可以根據(jù)需要制造出單分散的空心金屬鎳納米球或者
空心的金屬鎳納米線，這些金屬鎳納米結構形貌可控，尺寸均一，結晶良好，能 夠充分滿足現(xiàn)有的工業(yè)需求，并有望在多個領域獲得廣泛應用。
權利要求
1. 一種制備金屬鎳納米空心球的方法，其特征在于，將金屬鎳鹽和聚乙烯吡咯烷酮按質量比為1∶0.5～1∶20的比例溶解在乙二醇中，再按水合肼金屬鎳鹽＝2-20∶1的摩爾比加入水合肼和5ml～15ml乙醇，加熱反應3～48h，至溶液中產生黑色沉淀，將黑色沉淀洗滌干燥得到疏松的黑色粉末狀金屬鎳納米空心球或金屬鎳納米空心球鏈。
2. 按權利要求1所述的制備金屬鎳納米空心球的方法，其特征在于所述的 金屬鎳鹽為乙酸鎳、硫酸鎳、氯化鎳或者硝酸鎳中的任意一種。
3. 按權利要求1所述的制備金屬鎳納米空心球的方法，其特征在于所述的 金屬鎳鹽在乙二醇中的摩爾濃度為0.001 0.1 mol/L。
4. 按權利要求1所述的制備金屬鎳納米空心球的方法，其特征在于反應過 程中加熱可采用沸騰回流或者控溫攪拌，控溫60-197'C之間，攪拌速度 100-10,000轉/分方式得到均勻產物。
5. 按權利要求1所述的制備金屬鎳納米空心球的方法，其特征在于所述的 聚乙烯吡咯烷酮的分子量在30， 000到50, 000之間。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種制備金屬鎳納米空心球的方法，將金屬鎳鹽和聚乙烯吡咯烷酮按質量比為1∶0.5～1∶20的比例溶解在乙二醇中，再按水合肼∶金屬鎳鹽＝2-20∶1的摩爾比加入水合肼和5ml～15ml乙醇，加熱反應3～48h，至溶液中產生黑色沉淀，將黑色沉淀洗滌干燥得到疏松的黑色粉末狀金屬鎳納米空心球或金屬鎳納米空心球鏈。在溶液環(huán)境中納米晶粒在表面活性劑膠囊和溶液的界面處組裝并二次結晶，表面活性劑經水洗除去后即可獲得具有高比表面積的空心結構的金屬鎳納米空心球。該方法工藝簡單，成本低廉。
文檔編號B22F9/24GK101417341SQ200810235060
公開日2009年4月29日 申請日期2008年11月7日 優(yōu)先權日2008年11月7日
發(fā)明者霞 曹 申請人:江蘇科技大學