[发明专利]电解法制备纳米氢氧化镍的方法

说明书

本发明提供了一种电解法制备纳米氢氧化镍的方法，属于纳米材料制备技术领域。以高压直流电源提供电能，自制的封存在石英管中的铂针为阳极，以毛细管上端溢出的硝酸镍溶液作为阴极。电解过程中溶液中的镍离子不断消耗，收集器底部有浅绿色的沉淀产生；电解结束后，将收集器中的浊液超声分散，然后高速离心分离，用蒸馏水多次洗涤以除去多余的硝酸镍，真空干燥至恒重，研磨，得到浅绿色纳米Ni(OH)₂。该制备方法具有条件温和、操作容易、反应可控、所用化学试剂种类少、无二次污染、生产成本小等优点。而且，产物纯度高，分离简单，是一种环境友好的绿色制备技术。

技术领域

本发明属于纳米材料制备技术领域，涉及一种利用电解技术由硝酸镍溶液一步制备纳米氢氧化镍（Ni(OH)₂）的方法。

背景技术

MH-Ni电池以其高的容量和能量密度、环境友好、无记忆效应等优点成为20世纪后期兴起的二次电池技术。在MH-Ni电池中，Ni(OH)₂常被用作正极材料的活性物质，对电池的比容量和使用寿命起着关键性作用。Ni(OH)₂在电池材料、超级电容器、电化学传感器以及电化学催化方面有着重要的用途。同时Ni(OH)₂在化学电源的发展过程中占有很重要的地位，不仅对镍基电池（Ni/MH、Ni/Cd、Ni/Zn、Ni/Fe）的性能有着关键性的作用，而且也是制备锂离子电池镍基正极材料的重要前驱体，其品质的优劣直接影响着电池的性能。并且由于氢氧化镍本身具有高的质子迁移速率、优异的电催化活性，以及高的放电平台、电化学容量和密度，因此制备高容量、高活性的正极活性材料，特别是Ni(OH)₂成为国内外竞相研究的热点。所以开展对镍正极材料特别是氢氧化镍的深入研究具有重要的意义。

纳米材料因晶粒尺寸小、比表面积大、表面微结构可控等优势逐渐引起研究者的关注。纳米Ni(OH)₂常见的制备方法很多，化学沉淀法（包括沉淀转化法、超声波共沉淀法、均相沉淀法、配位沉淀法等）大多以镍盐和苛性碱在氨为代表的络合剂存在下，发生复分解反应制备纳米Ni(OH)₂(李延伟, 等. 化工学报, 2015, 66(12):5088-5095;Han X J, etal. Optical Materials, 2003, 23:465-470)；溶剂热法是将Ni(NO₃)₂·6H₂O溶解在水/多元醇的混合溶剂中，然后将尿素加入其中，溶剂搅拌均匀后，将所得溶液转移到高压釜中并在120℃下加热24h制备纳米Ni(OH)₂(Du H M,et al．ACS Applied Materials Interfaces, 2013,5(14): 6643-6648)；微波热法是将Ni(NO₃)₂·6H₂O和NaOH按化学计量比加入溶液中，将溶液在150℃下转移至微波反应系统的Teflon容器中反应30min制备纳米Ni(OH)₂(AbdelnabyM,etal．CrysEngComm, 2016, 18: 3256-3264)；离子交换树脂法是利用镍基盐与强基阴离子交换树脂进行交换，生成金属氢氧化物, 张秀英等将一定浓度的氯化镍溶液在恒温下搅拌，然后加入到已处理好的碱性离子交换树脂中, 连续搅拌3h, 沉淀经分离洗涤干燥得纳米Ni(OH)₂(张秀英, 等. 功能材料, 2000, 31(1): 109-110); 电解法制取Ni(OH)₂一般采用醇盐电解法,是以纯金属镍板作阳极，惰性电极作阴极，醇类作电解液，在醇类中加入一些铵盐或季铵盐提升电解液导电能力(杨长春, 等. 电源技术,2000, 24(5): 288-291)。液体隔膜放电等离子体制备纳米Ni(OH)₂的方法，是以高纯镍片为阳极，不锈钢片为阴极，阴阳极通过石英板隔开，且在石英玻璃隔板底部开一个小孔，便于电解液Na₂SO₄的导通。当高压直流电源提供足够高电压时，小孔两边发出辉光，产生HO∙、H∙、O∙和H₂O₂等活性物种，阳极镍片逐渐消耗，溶液中产生蓝绿色纳米β-Ni(OH)₂（马得莉,等.利用液体隔膜放电等离子体制备纳米β-Ni(OH)₂的方法，CN108046342A，2018.05.18）。然而，这些方法存在工艺较为复杂、过程不易控制、所用化学试剂种类多、易产生二次污染等缺陷。