第20卷第3期
2003年3月
应用化学
CHINESEJOURNALOFAPPLIEDCHEMISTRY
Vol.20No.3Mar.2003
反胶束法制备纳米Ni(OH)2
刘洪成 褚 莹3 刘莹莹
(东北师范大学化学学院 长春130024)
关键词 Ni(OH)2,反胶束,纳米粒子,纳米线
中图分类号:O7 文献标识码:A 文章编号:100020518(2003)0320302203以反胶束为模板制备纳米粒子是一种有效的方法[1～5],它可以较好地粒子的大小、形态以至
晶体结构,制得的粒子粒径均匀、呈单分散,并且制备方法简单、原料用量少、可以回收利用,因而受到广泛关注。Ni(OH)2是金属氢化物镍电池正极材料,金属氢化物镍电池的能量密度要比Ni/Cd电池高115～2倍,而且无镉的污染,现已广泛用于移动通信、笔记本计算机等电子设备。因此制备性能优良的Ni(OH)2微粉已经成为近年来的研究热点。目前,Ni(OH)2的制备方法主要有3种:化学沉淀晶体生长法、镍粉高压催化氧化法及金属镍电解沉淀法,尚未见到反胶束溶液合成的方法。本文利用反胶束为微反应器制备纳米Ni(OH)2,纳米Ni(OH)2的形态和分布,为纳米Ni(OH)2的简单溶液合成提供一种新方法。经过初步研究,在丁二酸二(22乙基已基)酯磺酸钠(AOT)/异辛烷反胶束体系和聚乙二醇辛基苯基醚(TritonX2100)/正辛醇/环己烷反胶束体系中制备了Ni(OH)2纳米粒子;在TritonX2100/正辛醇/环己烷反胶束体系中制备了纳米Ni(OH)2粉体;在AOT/异辛烷反胶束体系中制备了Ni(OH)2纳米线。利用紫外可见光吸收光谱、透射电子显微镜、扫描电子显微镜对产物进行了表征。
试剂和仪器:丁二酸二(22乙基己基)酯磺酸钠(AOT,实验试剂),异辛烷(AR,进口分装,5A分子筛干燥除水),Ni(CH3COO)2(AR),LiOH(AR),聚乙二醇辛基苯基醚(TritonX2100,AR),正辛醇(AR),环己烷(AR),甲醇(AR),去离子水(自制)。7562CRT紫外可见分光光度计(上海分析仪器三厂),BH22透射电子显微镜(日本Olympus),S2570扫描电子显微镜(日本HITACHI公司),220FS原子吸收光谱仪(美国Varian公司)。
AOT/异辛烷反胶束体系制备Ni(OH)2纳米粒子和纳米线:按一定比例将干燥的AOT溶于异辛烷中,制备011mol/LAOT/异辛烷溶液;配制一定浓度的Ni(CH3COO)2溶液和LiOH溶液。分别取20mLAOT/异辛烷溶液2份,用微量进样器量取0115mLNi(CH3COO)2溶液和LiOH溶液分别加入到AOT/异辛烷溶液中,磁力搅拌一定时间,制成含不同底物的W0=5的反胶束溶液(W0=[H2O]/[surfactant],改变加入的Ni(CH3COO)2溶液和LiOH溶液的量,可制成不同W0值的反胶束体系);在冰水浴条件下将含Ni(CH3COO)2的反胶束溶液缓慢滴加到含LiOH的反胶束溶液中,搅拌一定时间,然后陈化,制得含Ni(OH)2纳米粒子的微乳液。(NiOH)2纳米线的制法与Ni(OH)2纳米粒子的制法相同,区别在于前者使用的Ni(CH3COO)2溶液和LiOH溶液浓度较高。
TritonX2100/正辛醇/环己烷反胶束体系制备Ni(OH)2纳米粒子:取一定量的TritonX2100和正辛醇,用环己烷溶于1000mL的容量瓶中,制成浓度为01167mol/L的TritonX2100/正辛醇/环己烷溶液;取该溶液2份,用微量进样器分别加入0115mLNi(CH3COO)2溶液和0115mLLiOH溶液,磁力搅拌一定时间,制成含不同底物的W0=5的反胶束溶液(改变加入的Ni(CH3COO)2溶液和LiOH溶液的量,可制成不同W0值的反胶束溶液);在冰水浴条件下将含有Ni(CH3COO)2的反胶束溶液缓慢滴加到含LiOH的反胶束溶液中,磁力搅拌一定时间,制得含Ni(OH)2纳米粒子的微乳液。
纳米Ni(OH)2粉体的制备:取2份一定量的TritonX2100/正辛醇/环己烷溶液;取12mL一定浓度的Ni(CH3COO)2溶液和12mL一定浓度的LiOH溶液分别加入上述TritonX2100/正辛醇/环己烷溶液
2002207209收稿,2002211208修回
国家自然科学基金资助课题(20173008)
通讯联系人:褚莹,女,1944年生,教授;E2mail:chuying@nenu.edu.cn;研究方向:胶体与界面化学
第3期
刘洪成等:反胶束法制备纳米Ni(OH)2
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中制成反胶束溶液;将该2种反胶束溶液混合,超声振荡一定时间,加入少量的甲醇,过滤并反复多次洗涤,除去制得的Ni(OH)2粒子表面的表面活性剂,减压蒸馏,除去其中的水分,然后再置于真空干燥箱中干燥,制得Ni(OH)2纳米粉体。结果与讨论
UV2Vis吸收光谱:图1为不同W0值的AOT/异辛烷反胶束体系中制得的纳米Ni(OH)2的UV2Vis图。由图可看出,3条曲线随W0值增大而发生红移,吸收峰的峰强也增大。这是因为随W0值的增大,底物浓度也随之增加,反胶束中形成的粒子的粒径增大,因此吸收峰的峰强增大同时吸收峰发生红移。
TEM照片:图2a、2b分别为AOT/异辛烷反胶束体系和TritonX2100/正辛醇/环己烷体系中Ni(OH)2纳米粒子TEM照片。由图2a、2b可以看出,粒子尺寸大小均匀,粒子直径在15nm左右。证明反胶束法制备的纳米粒子粒径小、分布均匀;样品是放置40d左右拍摄的,说明反胶束法制得的纳米粒子可以长时间放置并保持稳定。这是因为反胶束是热力学稳定体系,粒子在反胶束“水池”内生成,受到表面活性剂的保护,并抑制了它进一步长大。
图1 Ni(OH)2UV2Vis光谱
Fig.1 UV2VisspectrumofNi(OH)2
Wo:a.10;b.7;c.5
图2 AOT/异辛烷体系(a)、TritonX2100/正辛醇/环己烷体系(b)的Ni(OH)2纳米粒子及
AOT/异辛烷体系(c)的Ni(OH)2纳米线的TEM照片
Fig.1 TEMmicrographsofNi(OH)2nanoparticlespreparedfrom(a)AOT/iso2octanesystem,
(b)TritonX2100/octanol/cyclohexanesystemand(c)AOT/iso2octanesystem
反胶束即使破裂,还能重新组合,所以可以长时间放置而不团聚。
图2c是AOT/异辛烷体系中经过静置陈化制得的线状Ni(OH)2。由图可见,线长约为815μm,直径60nm左右。这可以用Ronald提出的反胶束敞开式水渠模型[5]来解释,该理论认为,表面活性剂的极性头沿一定方向排列,使得胶束形状象一个露天的水渠,Ni(OH)2在水渠状的反胶束中形成,沿水渠方向生长,因此能生成线型纳米Ni(OH)2。可见以反胶束为模板,可以实现对粒子形态的。
SEM照片:图3是Ni(OH)2粉体的SEM照片。由图可以看到,粒子的形态呈球形,粒径大小约25nm。将图3与图2a,2b比较可以看出,粉体的粒径比反胶束中粒子的粒径要大。这是由于在制备Ni
图3 Ni(OH)2纳米粒子的SEM照片(OH)2粉体的时候,需要先破坏反胶束并洗去表面
Fig.3 SEMmicrophotoofNi(OH)2nanopowder活性剂,因此失去了反胶束的约束,生成的纳米粒子
304应用化学 第20卷
发生团聚的机会就大些。
参 考 文 献
1 FENGLin(冯琳),YUANLian2Shan(袁连山),CHUYing(褚莹).JNortheastNormalUniv(东北师范大学学报)
[J],1999,3:52
2 FENGLin(冯琳),CHUYing(褚莹),LIUJing2Lin(刘景林).ChinJApplChem(应用化学)[J],2001,18(6):493 3 BarnickelP,WokaunA,SagerW,etal.JColloidInterfaceSci[J],1992,148(1):80 4 MotteL,BilloudetF,PileniMP.JPhysChem[J],1995,95(44):125 5 RonaldDN,TalebHI.Langmuir[J],1999,15:10
PreparationofNanosizedNi(OH)2fromReversedMicellesLIUHong2Cheng,CHUYing3,LIUYing2Ying(NortheastNormalUniversity,Changchun130024)
Abstract Ni(OH)2nanoparticlesweresynthesizedfromreversedmicellesconsistedofAOT/iso2octaneandTritonX2100/octanol/cyclohexane,respectivelyandcharacterizedbyUV2Vis,TEMandSEM,Ni(OH)2wirewaspreparedfromthesystemofAOT/iso2octaneandNi(OH)2nano2powderwasobtainedinthesystemofTritonX2100/octanol/cyclohexane.ThesizesofNi(OH)2powder,particleandwirewere～15nm,～25nm,and～60nm,respectively.Keywords Ni(OH)2,reversemicelle,nanoparticle,nanowire
