[发明专利]水热法合成纳米片组装的氢氧化镍分级结构微球的方法

说明书

技术领域

本发明属于功能纳米材料制备技术领域，涉及纳米分级结构氢氧化镍的制备方法，特别涉及一种水热法合成纳米片组装的氢氧化镍分级结构微球的方法。

背景技术

氢氧化镍（Ni(OH)₂）是一种不溶于水的氢氧化物，其矿物较罕见。氢氧化镍具有层状的晶体结构特征，在蓄电池的电极上有着广泛的用途，是镍系电池等多种二次电池的正极活性材料，如MH-Ni、H₂-Ni、Cd-Ni 电池，氢氧化镍的品质对电池的比容量和使用寿命起着关键性作用。氢氧化镍有两种常见的晶体结构，即α相和β相。β-Ni(OH)₂ 呈六方水镁石状晶体特征，Ni(OH)₂ 单元层沿其c-轴方向堆叠。相对于α-Ni(OH)₂，β-Ni(OH)₂ 在电解液中有着较高的稳定性和充放电过程中优秀的可逆性能，其作为电池电极的性能很大程度上依赖于其微观结构和粒径。Ni(OH)₂ 纳米粒子由于其小的粒径而有着大的表面积，常常展现出优秀的性能，但是，其高的表面能也使得纳米粒子易于不可逆团聚，使得其没有较好的长程稳定性；另一方面，微米颗粒的粒径相对较大，有高的稳定性，但其表面积较小。分级的微纳结构是由较小的微纳单元通过特定的晶体生长方式或自组装形成的具有确定微观形态和表面状态的微纳体系，通常有着开放的多孔性特征，兼具微米颗粒的稳定性和纳米粒子较高的表面积优点。这就使得分级的微纳结构在电极材料、吸附剂、非均相催化剂、传感器、气体储存等众多领域有着广泛的用途，受到研究者的广泛关注。

尽管已有一些关于分级氢氧化镍微纳结构的报道，如DB Kuang等 (D.B. Kuang, B. X. Lei, Y. P. Pan, X. Y. Yu, C. Y. Su, Fabrication of Novel Hierarchical Ni(OH)₂ and NiO Microspheres via an Easy Hydrothermal Process, J. Phys. Chem. C2009, 113, 5508–5513）曾用聚乙二醇-4-壬苯基-3-磺丙基醚钾盐作为表面活性剂，制备出由板状亚单元组装成的氢氧化镍微球。YJ Zhu等 (LX Yang, YJ Zhu, H Tong, Z. H. Liang, W. W. Wang, Hierarchical Ni(OH)₂ and NiO Carnations Assembled from Nanosheet Building Blocks, Cryst. Growt. Des., 2007, 7，2716-2719) 采用甘油作为结构诱导剂，在200℃ 下溶剂热反应获得了花状Ni(OH)₂ 。

但是这些方法通常使用有毒的有机溶剂，或是添加各种沉淀剂和昂贵的表面活性剂，或是需要较高的反应温度，能耗较大，工艺流程复杂。因此探索一种简单易行，可以规模化生产，并且又可以制备出具有较大表面积的氢氧化镍分级微纳结构材料对于发展具有优异性能的电池正极材料，具有一定的理论意义和实用价值。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用简单的水热途径高产率制备单分散的纳米片组装的氢氧化镍分级结构的方法。

一种水热法合成氢氧化镍分级结构微球的方法，是将醋酸镍（Ni(CH₃COO)₂）水溶液和聚乙烯苯磺酸钠水溶液混合，置于聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中经水热法反应，冷却后离心分离，水洗并用乙醇洗涤后干燥而成。

本发明所述的水热法合成步骤如下：

步骤A、将醋酸镍（Ni(CH₃COO)₂）溶解在蒸馏水中，制得水溶液；

步骤B、在步骤Ａ中所得的醋酸镍水溶液中添加聚乙烯苯磺酸钠水溶液，搅拌均匀，得到均相体系；

步骤Ｃ、将所述均相体系转移到聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中，于140~170 ℃下恒温6~24 h，然后冷却至室温；

步骤D、离心分离，将沉淀用蒸馏水洗涤，再用乙醇洗涤，干燥后收集产品。

本发明所述的醋酸镍与聚乙烯苯磺酸钠水溶液的重量比为1:0.5~5，所述的聚乙烯苯磺酸钠水溶液的浓度为20 wt%，所述的步骤D中洗涤用乙醇为无水乙醇或浓度为95%的乙醇。