一種制備金屬微納米粉體的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種制備金屬微納米粉體制備的方法，尤其是制備過渡金屬鎳、鎳-錫合金、鈀微納米粉體，屬于材料制備領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]過渡金屬微納米粉體，如金屬鎳、鈷、鈀等具有優(yōu)異的物理化學(xué)性能而受到廣泛關(guān)注。例如，金屬鎳具有鐵磁性，鎳納米粉體在磁性材料領(lǐng)域如磁流體、磁性材料的生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用等方面具有廣泛的應(yīng)用潛力。鎳納米粉體在航空航天領(lǐng)域如固體火箭推進(jìn)劑、催化領(lǐng)域如鈴木反應(yīng)也有著廣泛的應(yīng)用。研究表明，金屬鎳的粉體的晶粒尺寸將為納米級時，可顯著提高固體火箭推進(jìn)劑的推進(jìn)效能。金屬鈀作為貴金屬被廣泛應(yīng)用在催化領(lǐng)域。研究結(jié)果表明，將金屬鈀的晶粒尺寸降低至低于10納米時，鈀納米粉體的催化性能是鈀微米粉體的催化性能的40倍。目前，制備過渡金屬的微納米粉體可采用金屬有機(jī)化合物熱分解法、硼氫化物或水合肼還原法、多元醇還原法、機(jī)械球磨法等。這些方法都具有或多或少的缺點:金屬有機(jī)化合物所需的金屬有機(jī)化合物的價格昂貴，而且某些有機(jī)化合物如羰基化合物有較大的毒性、硼氫化物分解法易于產(chǎn)生金屬硼化物雜質(zhì)、水合肼還原法中水合肼具有很大的毒性、多元醇還原法還原金屬時易于產(chǎn)生雜質(zhì)、機(jī)械球磨法所得的納米粉體的晶粒尺寸一般難以控制。因此，必須發(fā)展制備過渡金屬微納米粉體的新方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種基于溶膠凝膠法制備金屬鎳、鎳-錫、鈀的微納米粉體的方法，通過調(diào)節(jié)金屬源的種類及濃度控制金屬粉體的粒徑，從而為制備微納米粉體提供新的方法。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種制備金屬微納米粉體的方法，包括以下步驟:
①在金屬鹽溶液中攪拌加入分散劑聚乙烯吡咯烷酮，其中分散劑的摩爾濃度為0.2摩爾/升，澄清后攪拌加入配位體，配位體的摩爾濃度為0.3摩爾/升；
②將所得溶液在150-250攝氏度下干燥至凝膠狀態(tài)；
③在氮氣氣氛下，對干燥后的凝膠進(jìn)行高溫?zé)崽幚淼玫轿⒓{米粉體。
[0005]步驟I中所述的金屬鹽至少為鎳鹽、錫鹽或鈀鹽中的一種；其中鎳鹽為硝酸鎳、硫酸鎳或氯化鎳；錫鹽為氯化亞錫；鈀鹽為硝酸鈀。
[0006]步驟I中所述的金屬鹽溶液的摩爾濃度為0.001-0.01摩爾/升。
[0007]步驟I中所述的配位體為檸檬酸、酒石酸、蘋果酸或乳酸中的一種。
[0008]步驟3中所述的熱處理的溫度為800-900攝氏度，熱處理時間為3_5小時，熱處理時氮氣的流量為10-30 ml/min。
[0009]本方法與其它制備過渡金屬微納米粉體的方法相比，本發(fā)明的有益效果是:
I)本發(fā)明操作簡單，方法易于操控，重復(fù)性較好，制備的微納米粉體的晶粒尺寸可以控制，同時，實驗實施過程中，也不出現(xiàn)對環(huán)境有影響的有毒氣體，因此，本方法所采用的實驗技術(shù)路線具有低成本高效且環(huán)境友好的特征。
[0010]2)本方法在制備微米扮體時，晶粒尺寸可以控制在大于I微米，不出現(xiàn)納米級的粉體，而在制備納米粉體時，晶粒尺寸可以控制在納米級，不出現(xiàn)微米級的粉體，因此，粉體的晶粒尺寸分布都較窄，該方法易于控制粉體的晶粒尺寸及其分布。
【附圖說明】
[0011]圖1為本發(fā)明實施例1鎳納米粉體的X射線衍射圖。
[0012]圖2為本發(fā)明實施例1鎳納米粉體的透射電鏡圖片(a)和電子衍射分析(b)結(jié)果。
[0013]圖3為本發(fā)明實施例1鎳納米粉體的室溫磁性表征結(jié)果。
[0014]圖4為本發(fā)明實施例2鎳微米粉體的X射線衍射圖。
[0015]圖5為本發(fā)明實施例2鎳微米粉體的透射電鏡分析結(jié)果。
[0016]圖6為本發(fā)明實施例3鎳-錫納米粉體的X射線衍射圖。
[0017]圖7為本發(fā)明實施例3鎳-錫微米粉體的透射電鏡分析圖片(a)和電子衍射(b)分析結(jié)果。
[0018]圖8為本發(fā)明實施例4金屬鈀納米粉體的X射線衍射圖。
[0019]圖9為本發(fā)明實施例4金屬鈀納米粉體的透射電鏡分析結(jié)果。
【具體實施方式】
[0020]實施例1:鎳納米粉體制備及磁性能
首先，量取100毫升的去離子水作為溶劑，置于100毫升的玻璃燒杯中，然后稱取0.2908克六水合硝酸鎳,將稱量的金屬鹽溶解于水溶液中，劇烈攪拌，隨后在溶液中加入2.2200克表面活性劑聚乙烯吡咯烷酮，待溶液澄清后再向溶液中加入4.5000克酒石酸配位體，再劇烈攪拌，將混合溶液在水浴條件下加熱5-10小時得到澄清的溶液，此時溶液的顏色為淺綠色，將溶液放于干燥箱中在150攝氏度下干燥3小時，干燥結(jié)束得到疏松的干凝膠，然后將干凝膠放于真空管式爐中，將管式爐密封，打開通氣氛保護(hù)的閥門，將保護(hù)氣體通入管式爐以吹掃在管式爐的空氣，吹掃過程持續(xù)I小時，將空氣完全吹掃后，通入氮氣進(jìn)行保護(hù)，氮氣的流量為10ml/min，此時開啟管式爐的升溫程序，升溫速率為5K/min，煅燒溫度為800攝氏度，煅燒時間為3小時，在此期間氮氣必須全程通入以保護(hù)樣品。在煅燒結(jié)束后，關(guān)閉管式爐使樣品隨爐冷卻至室溫，此時也通入保護(hù)氣氛，當(dāng)管式爐的溫度為室溫時，控制保護(hù)性氣氛的閥門關(guān)閉，再使用浮子流量計將在管式爐內(nèi)的保護(hù)性氣體全部放至大氣中，關(guān)閉保護(hù)性氣體鋼瓶的總閥門，將熱處理后的產(chǎn)物取出，此時的產(chǎn)物為黑色。X射線衍射分析(圖1)及電子衍射(圖2b)分析的結(jié)果表明，粉體的物相結(jié)構(gòu)為純鎳的面心立方結(jié)構(gòu)，而且衍射峰具有很大的半高寬，表明制備的粉體的晶粒尺寸較小，透射電子顯微鏡(圖2a)的表征結(jié)果證明制備的鎳納米粉體的晶粒尺寸小于10納米，而且尺寸分布窄。鎳納米粉體的室溫磁滯回線結(jié)果表明該納米粉體在室溫下具有超順磁性(圖3)。
[0021]實施例2:鎳微米粉體的制備
在制備鎳的微米粉體時，金屬鹽為六水合氯化鎳，用量為0.1010克，表面活性劑聚乙烯吡咯烷酮用量2.2200克，蘋果酸配位體用量4.0227克，首先，量取100毫升的去離子水作為溶劑，置于100毫升的玻璃燒杯中，然后稱取0.1010克六水合氯化鎳，將稱量的金屬鹽溶解于水溶液中，劇烈攪拌，隨后在溶液中加入2.2200克表面活性劑聚乙烯吡咯烷酮，待溶液澄清后再向溶液中加入4.5000克酒石酸配位體，再劇烈攪拌，將混合溶液在水浴條件下加熱5-10小時得到澄清的溶液，此時溶液的顏色為淺綠色，將溶液放于干燥箱中在200攝氏度下干燥4小時，干燥結(jié)束得到疏松的干凝膠，然后將干凝膠放于真空管式爐中，將管式爐密封，打開通氣氛保護(hù)的閥門，將保護(hù)氣體通入管式爐以吹掃在管式爐的空