專利名稱：一種高比表面積納米鋁酸鎳電極材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及化工新材料，具體涉及一種高比表面積納米鋁酸鎳電極材料的制備方法。
背景技術(shù)：
尖晶石型復(fù)合氧化物(AB2O4)作為一類重要的無機(jī)功能材料，具有熔點(diǎn)高、熱穩(wěn)定性好、硬度高、高機(jī)械強(qiáng)度、耐化學(xué)腐蝕、良好的光學(xué)性質(zhì)、低介電常數(shù)、疏水性好和低表面酸性等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用到在冶金、電子、信息、通信、家電、航空、軍事、自動(dòng)化、陶瓷、涂料和催化等領(lǐng)域。其中鋁酸鹽尖晶石化合物在磁性材料、介電陶瓷、化工催化領(lǐng)域和半導(dǎo)體四大領(lǐng)域獲得極大關(guān)注。鋁酸鎳作為鋁酸鹽尖晶石中的一員，除具有其他鋁酸鹽尖晶石的特點(diǎn) 夕卜，還表現(xiàn)出更好的化學(xué)穩(wěn)定性和催化活性。目前，人們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了鋁酸鎳的一些用途，如可見光催化、氫化裂解甲苯、吸附NOx、惰性陽極和太陽能電池的陽極等。因此，探索合成新型的具有優(yōu)良性能和穩(wěn)定性的鋁酸鎳一直是國內(nèi)外學(xué)者研究的熱點(diǎn)領(lǐng)域。鋁酸鎳的合成方法主要有固相法，即高溫焙燒鋁鹽和鎳鹽，有的高溫達(dá)到1450°C，該法合成的鋁酸鎳粒子直徑大、反應(yīng)條件苛刻、無孔結(jié)構(gòu)、反應(yīng)比例不方便控制、比表面積小、雜質(zhì)多、穩(wěn)定性差、浪費(fèi)能源，這些都限制了其大規(guī)模的應(yīng)用和未來的實(shí)際發(fā)展。納米材料具有獨(dú)特的化學(xué)和物理效應(yīng)，納米鋁酸鎳尖晶石的粒子尺寸小，比表面積大、溫度低、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，被人們廣泛關(guān)注。目前多采用溶膠凝膠法合成納米鋁酸鎳，該法多采用表面活性劑作為模板，合成的納米鋁酸鎳具有較好的性能，但表面活性劑價(jià)格比較貴，影響其應(yīng)用前景。人們嘗試尋找價(jià)格便宜的模板劑，其中使用較多的模板劑是尿素、檸檬酸鹽、醇類，但是合成的鋁酸鎳比表面積相對(duì)較小，粒子直徑大，焙燒溫度高，工藝相對(duì)復(fù)雜，且作為電極材料轉(zhuǎn)化率不高，這也不利于未來的大規(guī)模生產(chǎn)和應(yīng)用。結(jié)合以上分析，用一種簡單的方法，得到具有粒徑較小，高比表面積，高穩(wěn)定性的鋁酸鎳電極材料，是一項(xiàng)十分重要科學(xué)意義的工作。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是以提供一種高比表面積納米鋁酸鎳電極材料的制備方法，解決現(xiàn)有技術(shù)制備的鋁酸鎳材料存在比表面積小、模板劑昂貴、粒子尺寸大、反應(yīng)比例不方便控制和工藝復(fù)雜的問題。為實(shí)現(xiàn)上述目的本發(fā)明的技術(shù)方案是，一種高比表面積納米鋁酸鎳電極材料的制備方法，包括以下步驟
一、制備復(fù)合糖溶膠首先將復(fù)合糖溶解到30mL 二次蒸餾水中，配制得到糖的濃度為I. 2 I. 6mol/L，加7. 5 IlmL低濃度氨水，攪拌，然后按摩爾比I 2加入C12H22NiO14AlCl3 · 6H20，在50 65°C，連續(xù)梯度勻速攪拌O. 5 I. 5小時(shí)，即形成綠色均勻的復(fù)合糖溶膠，所述加入的C12H22NiO14與糖的物質(zhì)的量之比為I : 2 I :4，所述加入的AlCl3 ·6Η20與糖的物質(zhì)的量之比為2 2 2:4;二、陳化、烘干將糖溶膠在室溫下真空陳化O.5 I. 5小時(shí)，然后置于恒溫干燥箱中，梯度升溫干燥形成穩(wěn)定前驅(qū)體，即在40 60°C，恒溫5 7小時(shí)，然后升溫到160 180°C，恒溫3 5小時(shí)，取出熱糖溶膠體系冷卻至室溫，即獲得前軀體；
三、焙燒，制備納米鋁酸鎳將前軀體放在管式爐中，在400 80(TC，先氮?dú)鈼l件后空氣條件下焙燒2 4小時(shí)，冷卻，取出研磨成粉末狀，即得到大比表面積的的納米鋁酸鎳。所述復(fù)合糖為葡萄糖與蔗糖、麥芽糖、環(huán)糊精其中的一種混合而成。所述連續(xù)梯度勻速攪拌，即O 30min攪拌速度200 300r/min ；30 90min攪拌速度 60(T700r/min。所述真空陳化的真空度滿足小于等于90Pa。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)一、采用上述制備方法，實(shí)現(xiàn)了大比表面積的納米鋁酸鎳電極材料的合成；二、合成工藝簡單、工藝條件溫和、操作方便、成本低；三、本發(fā)明具有普適性，為設(shè) 計(jì)合成其它尖晶石型復(fù)合氧化物納米材料提供新的思路；四、本發(fā)明制備的納米鋁酸鎳電極材料與現(xiàn)有的鋁酸鎳電極材料相比，穩(wěn)定性好，且具有明顯的孔結(jié)構(gòu)。本發(fā)明制備的大比表面積的納米鋁酸鎳，適用于作為太陽能電池的電極材料。將鋁酸鎳摻雜在太陽能電池陽極材料中，光電轉(zhuǎn)化效率顯著提高，電池性能明顯增強(qiáng)。


圖I、圖2、圖3分別是實(shí)施例I、實(shí)施例2以及實(shí)施例3得到的納米鋁酸鎳的透射電子顯微鏡照片。
具體實(shí)施例方式為了更好的理解本發(fā)明，下面通過具體的實(shí)施例來具體說明本發(fā)明的技術(shù)方案。實(shí)施例I :一種高比表面積納米鋁酸鎳電極材料的制備方法，具體是按以下步驟完成的
一、制備復(fù)合糖溶膠首先將復(fù)合糖溶解到30mL 二次蒸餾水中，配制得到糖物質(zhì)的量濃度為I. 6mol/L,加IlmL低濃度氨水，攪拌，然后按摩爾比I : 2加入C12H22NiO14和AlCl3 · 6H20，在65°C，連續(xù)梯度勻速攪拌I. 5小時(shí)，即形成綠色均勻的復(fù)合糖溶膠；二、陳化、烘干將糖溶膠在室溫下真空陳化I. O小時(shí)，然后置于恒溫干燥箱中，梯度升溫干燥形成穩(wěn)定前驅(qū)體，即在60°C，恒溫5小時(shí)，然后升溫到180°C，恒溫3小時(shí)，取出熱糖溶膠體系冷卻至室溫，即獲得前軀體；三、焙燒，制備納米鋁酸鎳將前軀體放在管式爐中，焙燒4小時(shí)，冷卻，取出研磨成粉末狀，即得到大比表面積的的納米鋁酸鎳。
本實(shí)施例中的復(fù)合糖為葡萄糖和蔗糖，其物質(zhì)量比為1:1。本實(shí)施例中加入的AlCl3 · 6H20 質(zhì)量為 2. 5g，C12H22NiO14 為 2. 2g。本實(shí)施例中連續(xù)梯度勻速攪拌，即300r/min攪拌30min ；700r/min攪拌60min。本實(shí)施例中所述焙燒采用500°C，通入氮?dú)獗Ｗo(hù)I. 5小時(shí)；700°C在空氣條件下焙燒2. 5小時(shí)。對(duì)本實(shí)施例得到的納米鋁酸鎳進(jìn)行透射電子顯微鏡測試，得到40000倍透射電鏡圖如圖I所示，有較小的粒徑，其表面具有多孔結(jié)構(gòu)，有利于增大其比表面積。實(shí)施例2 :—種高比表面積納米鋁酸鎳電極材料的制備方法，具體是按以下步驟完成的
一、制備復(fù)合糖溶膠首先將復(fù)合糖溶解到30mL 二次蒸餾水中，配制得到糖物質(zhì)的量濃度為I. 2mol/L,加7. 5mL低濃度氨水，攪拌，然后按摩爾比I : 2加入C12H22NiO14和AlCl3 · 6H20，在60°C，連續(xù)梯度勻速攪拌1.0小時(shí)，即形成綠色均勻的復(fù)合糖溶膠；二、陳化、烘干將糖溶膠在室溫下真空陳化O. 5小時(shí)，然后置于恒溫干燥箱中，梯度升溫干燥形成穩(wěn)定前驅(qū)體，即在40°C，恒溫7小時(shí)，然后升溫到160°C，恒溫5小時(shí)，取出熱糖溶膠體系冷卻至室溫，即獲得前軀體；三、焙燒，制備納米鋁酸鎳將前軀體放在管式爐中，焙燒4小時(shí)，冷卻，取出研磨成粉末狀，即得到大比表面積的的納米鋁酸鎳。本實(shí)施例中的復(fù)合糖為葡萄糖和環(huán)糊精，葡萄糖和環(huán)糊精的物質(zhì)量比為2:1。本實(shí)施例中加入的AlCl3 · 6H20 質(zhì)量為 5. 0g, C12H22NiO14 為 4. 4g。本實(shí)施例中連續(xù)梯度勻速攪拌，即200r/min攪拌30min ；600r/min攪拌30min。
本實(shí)施例中所述焙燒采用400°C，通入氮?dú)獗Ｗo(hù)I. O小時(shí)；500°C在空氣條件下焙燒3. O小時(shí)。對(duì)本實(shí)施例得到的納米鋁酸鎳進(jìn)行透射電子顯微鏡分析，得到25000倍透射電鏡圖如圖2所示，其納米鋁酸鎳粒子尺寸小，具有介孔結(jié)構(gòu)，孔徑均一，有利于增大表面積。實(shí)施例3 :—種高比表面積納米鋁酸鎳電極材料的制備方法，具體是按以下步驟完成的
一、制備復(fù)合糖溶膠首先將復(fù)合糖溶解到30mL 二次蒸餾水中，配制得到糖物質(zhì)的量濃度為I. 4mol/L,加IOmL低濃度氨水，攪拌，然后按摩爾比I 2加入C12H22NiO14和AlCl3 · 6H20，在50°C，連續(xù)梯度勻速攪拌O. 5小時(shí)，即形成綠色均勻的復(fù)合糖溶膠；二、陳化、烘干將糖溶膠在室溫下真空陳化I. 5小時(shí)，然后置于恒溫干燥箱中，梯度升溫干燥形成穩(wěn)定前驅(qū)體，即在50°C，恒溫6小時(shí)，然后升溫到180°C，恒溫4小時(shí)，取出熱糖溶膠體系冷卻至室溫，即獲得前軀體；三、焙燒，制備納米鋁酸鎳將前軀體放在管式爐中，焙燒2小時(shí)，冷卻，取出研磨成粉末狀，即得到大比表面積的的納米鋁酸鎳。本實(shí)施例中的復(fù)合糖為葡萄糖和環(huán)糊精，葡萄糖和麥芽糖的物質(zhì)量比為1:1。本實(shí)施例中加入的AlCl3 · 6H20 質(zhì)量為 2. 0g, C12H22NiO14 為 I. 8g。本實(shí)施例中連續(xù)梯度勻速攪拌，即300r/min攪拌IOmin ；700r/min攪拌20min。本實(shí)施例中所述焙燒采用500°C，通入氮?dú)獗Ｗo(hù)O. 5小時(shí)；800°C在空氣條件下焙燒I. 5小時(shí)。對(duì)本實(shí)施方式步驟三得到的納米鋁酸鎳進(jìn)行透射電子顯微鏡分析，得到50000倍透射電鏡圖如圖3所示，其納米鋁酸鎳粒子尺寸小且均一，具有多孔結(jié)構(gòu)也進(jìn)一步說明納米鋁酸鎳電極材料具有大比表面積。
權(quán)利要求
1.一種高比表面積納米鋁酸鎳電極材料的制備方法，其特征在于所述的制備方法包括如下步驟 (一)、制備復(fù)合糖溶膠首先將復(fù)合糖溶解到30mL 二次蒸餾水中，配制得到糖的濃度為1.2 I. 6mol/L，加7. 5 IlmL低濃度氨水，攪拌，然后按摩爾比I 2加入C12H22NiO14和AlCl3 ·6Η20，在50 65°C，連續(xù)梯度勻速攪拌O. 5 I. 5小時(shí)，即形成綠色均勻的復(fù)合糖溶膠，所述加入的C12H22NiO14與糖的物質(zhì)的量之比為I : 2 I :4，所述加入的AlCl3 ·6Η20與糖的物質(zhì)的量之比為2 2 2:4; (二)、陳化、烘干將糖溶膠在室溫下真空陳化O.5 I. 5小時(shí)，然后置于恒溫干燥箱中，梯度升溫干燥形成穩(wěn)定前驅(qū)體，即在40 60°C，恒溫5 7小時(shí)，然后升溫到160 180°C，恒溫3 5小時(shí)，取出熱糖溶膠體系冷卻至室溫，即獲得前軀體； (三)、焙燒，制備納米鋁酸鎳將前軀體放在管式爐中，在400 80(TC，先氮?dú)鈼l件后空氣條件下焙燒2 4小時(shí)，冷卻，取出研磨成粉末狀，即得到大比表面積的的納米鋁酸鎳。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種高比表面積納米鋁酸鎳電極材料的制備方法，其特征在于所述復(fù)合糖為葡萄糖與蔗糖、麥芽糖、環(huán)糊精中的其一種混合而成。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種高比表面積納米鋁酸鎳電極材料的制備方法，其特征在于所述連續(xù)梯度勻速攪拌，即O 30min攪拌速度20(T300r/min ；30 90min攪拌速度600 700r/min。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種高比表面積納米鋁酸鎳電極材料的制備方法，其特征在于所述真空陳化的真空度滿足小于等于90Pa。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高比表面積納米鋁酸鎳電極材料的制備方法，該方法包括(一)、制備復(fù)合糖溶膠；(二)、陳化、烘干；(三)、焙燒，制備納米鋁酸鎳電極材料；本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)(一)、采用上述制備方法，實(shí)現(xiàn)了大比表面積的納米鋁酸鎳電極材料的合成；(二)、合成工藝簡單、工藝條件溫和、操作方便、成本低；(三)、本發(fā)明具有普適性，為設(shè)計(jì)合成其它尖晶石型復(fù)合氧化物納米材料提供新的思路；(四)、本發(fā)明制備的納米鋁酸鎳電極材料與現(xiàn)有的鋁酸鎳電極材料相比，穩(wěn)定性好，且具有明顯的孔結(jié)構(gòu)。本發(fā)明制備的大比表面積的納米鋁酸鎳，適用于作為太陽能電池的電極材料，將鋁酸鎳摻雜在太陽能電池陽極材料中，光電轉(zhuǎn)化效率顯著提高，電池性能明顯增強(qiáng)。
文檔編號(hào)B82Y30/00GK102910688SQ20121047254
公開日2013年2月6日 申請(qǐng)日期2012年11月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月21日
發(fā)明者田喜強(qiáng), 董艷萍, 田軍, 趙東江, 關(guān)海寧, 喬秀麗, 周鳳超, 刁小琴 申請(qǐng)人:綏化學(xué)院