NiO片状纳米晶的制备及其表征

NiO(111)片状纳米晶的制备及其表征腰木拉09081214腰木拉09081214实验目的：1.培养查阅文献，搜集和整理资料的能力。2.通过独立设计实验，提高自己的综合实验技能。3.通过催化剂的一些表征手段，使能够初步掌握X射线粉末衍射对晶体结构的表征分析。研究背景：金属氧化物纳米材料广泛应用于制作催化剂、精细陶瓷、复合材料、磁性材料、荧光材料、湿敏性传感器及红外吸收材料等。传统制备纳米氧化竦的方法有很多，如固相反应法、化学沉淀法、和溶胶一凝胶法等。由于自然界存在的和人工合成的氧化竦品体表面通常是最稳定的(100)面，而强极性的未暴露的(111)面具有更高的活性，它决定了催化反应的活性和选择性。因此，探索一种操作简单、经济、重现性好的实验方法合成(111)面定向生长的氧化竦纳米品在催化应用领域具有重大的意义。实验背景NiO是一种用途广泛的无机材料，在自然界中具有六方结构，以绿矿石的形式存在。如同其它无机纳米材料一样，纳米NiO具有许多优异的性能，在电池电极、催化剂、磁性材料与陶瓷着色等方面具有广泛的用途。由于纳米NiO具有表面积大、活性位多、表面能高、选择性好等特点，因此其在催化领域备受关注。纳米氧化竦的高催化性能取决于其品粒尺寸、形貌控制，而这些因素受制备工艺的影响。制备纳米NiO的方法有很多，如固相反应法、化学沉淀法、和溶胶一凝胶法等。催化反应往往发生在固体催化剂的表面，催化剂的表面化学组成和结构通常决定了其反应活性和选择性，因而提高纳米金属氧化物的催化性能的一个有效途径是通过纳米技术来调变它的表面结构，即表面原子排列和配位环境。关于氧化物表面的类型，被人们广为接受的是P.W.Tasker划分的如图1所示的三种类型［1］。类型I表面电荷为零、偶极矩也为零；类型II表面电荷不为零，但偶极矩为零；类型III不仅表面带有电荷，而且具有和表面垂直的偶极矩。第三种表面是一种强极性表面，这种表面不稳定，Tasker认为这种表面通常会发生重构，只有在其是微晶并且是非常薄的层状结构时才能稳定存在，理论和实验研究表明表面羟基也可以起到稳定该类强极性表面的作用；这种表面活性高，在催化等领域有很高的利用价值。TypeIsurface(Q=0,gTypeIsurface(Q=0,g=0)TypeIIsurface(Q主0,g=0)TypeIIIsurface(Q主0,gw0)图1.Tasker划分的氧化物三种不同的表面(Q为表面电荷密度；g图1.第三种表面由纯的单层氧和纯的单层金属离子交替组成，多年来，这种表面只有物理学家在超高真空下通过酸浸蚀、离子轰击和高温电子焙烧后采用机械打磨等极其苛刻的条件和复杂的工艺下才能制得。对于岩盐型结构的品体，TaskerIII型表面是（111）面，对于萤石型结构的品体，TaskerIII型表面是（100）或（200）面。由于（100）面是NiO纳米品最稳定的品面，所以自然界存在的和人工合成NiO晶体表面通常是（100）面，但强极性的未暴露的（111）面具有更高的活性，它对反应物的活化将起到很好的作用。因此，探索一种操作简单、经济、重现性好的实验方法合成（111）面定向生长的NiO纳米品为研究开发具有高吸附和分解性能的纳米金属氧化物化学战剂提供了新思维、新方法，对纳米材料的表面化学改性具有重大的意义。NiO的品型可通过X射线粉末衍射（XRD）表征确定。本实验通过湿化学法合成氧化竦片状纳米品，并对其结构进行表征。仪器与试剂X射线粉末衍射仪 一台BS124S型电子天平 一台水热反应釜 一套101-1AB型电热鼓风干燥箱 一台SHZ（DIII）循环水式真空泵 一台箱式节能电炉及温控器 一套硝酸竦（A.R.） 甲醇（A.R.）苯甲醇（A.R.） 尿素（A.R.）实验内容氧化竦片状纳米品的制备称取6.3gNi（NO3）.6H2O溶于盛有70ml无水甲醇的聚四氟乙烯内，待完全溶解后分别取0.65g尿素和10.5ml苯甲酸于上述溶液，搅拌全尿素完全溶解。将装有混合液的水热釜密封好后置于恒温箱中，在175摄氏度下恒温24h，冷却全室温。抽滤得到绿色前驱体。所得前驱体在干燥箱中干燥12h。将干燥后样品，于马弗炉中在从5摄氏度升到500摄氏度煅烧5h氧化竦片状纳米品的机构表征取上述煅烧后的样品少许，于XRD分析仪中进行机构分析。将所得X射线衍射图谱与标准卡对比，分析晶体结构。结果与讨论分析XRD图谱。将其衍射峰值与标准卡的图谱进行对比，鉴定前驱体煅烧后的产物。并标明图谱中各个衍射峰的归属。思考题在NiO片状纳米品合成中，加入苯甲醇和尿素的作用？答:在NiO片状纳米品合成中，加入苯甲醇的作用是：没有苯甲醇的时候不能制成带有六边形孔洞的氧化竦纳米片，加入尿素的作用是：没有尿素时可以制得较大的带六方孔洞的纳米片，加大尿素的量会得到较小的纳米片。这样，纳米片的尺寸随着尿素量的增加而减小。根据实验结果，即使没有尿素也能制得带六方孔洞的纳米片，但是尿素在合成方法中对纳米片尺寸的控制起着非常重要的作用，通过尿素水解，它能稳定的提供氢氧根离子，硝酸竦与甲醇和水反应形成氧化竦前驱体时，会有副产物酸的生成，酸的积累会阻止氧化竦前驱体的进一步形成，添加尿素后，尿素水解形成的氢氧根离子会中和酸使得氧化竦前驱体的形成成为可能。这样，在自组装过程中，稳定的氢氧根离子的提供可以适当调节硝酸竦的水解和醇解速率，太高的水解和醇解速率会导致小的氧化竦纳米片的形成。有人曾从氧化锌的圆片中制得氧化锌环，他们说，这个洞的形成是氧化锌圆片中心高密度缺陷的结果，由加热条件下高区域反应速率引起。类似的孔洞形成机理也可能发生在本实验中，苯甲醇很有可能扮演了结构导向剂的重要角色，促进缺陷和片状结构的形成。苯甲醇在金属氧化物的形貌控制、尺寸、结晶度的tailor上是很好的媒介，本实验中用苯甲醇做结构导向