【毕业设计】镍基纳米材料的控制合成及性能研究

镍基纳米材料的控制合成及性能研究摘要镍基纳米材料作为纳米材料中的一类重要复合材料，因为其在磁记录、催化剂、光伏电池、抗癌药物磁性载体等领域的广泛应用而成为研究的热点。本研究首先确定了合成镍纳米材料的有效方法和一些影响其合成的因素，然后通过以氢氧化镍为连续相复合其他物质来合成镍基纳米材料，并通过SEM、XRD、红外等方法对产物进行表征，同时测试其电化学性能。通过相关的XRD和红外的表征可知实验所得的复合材料产物即为目标产物。而且还检测了该复合材料的电化学性能，结果表明所得的复合材料具有良好的电化学性能，有可能通过进一步研究得以应用于实际。通过实验探究得知在合成纳米镍的反应体系中加入NH4CL会得到内部呈网状结构的球状纳米NIOH2，未添加时所得产物呈无规则的花瓣状。以NIOH2与吡咯聚合所得的复合产物进行电化学性能测试，得出此复合材料的电化学性能较氢氧化镍有明显的提升。再通过改变或优化实验条件应该可以继续提升复合材料的性能，使其具有更高的实用价值。关键词氢氧化镍；吡咯；复合材料；电化学性能；应用CONTROLSTUDYONSYNTHESISANDPROPERTIESOFNICKELBASEDNANOMATERIALSABSTRACTNICKELBASENANOMATERIALSASONEOFTHEMOSTIMPORTANTCOMPOSITEMATERIALSINNANOMETERMATERIALS,DUETOITSSTABLECHEMICALPROPERTIESHASEXTENSIVEAPPLICATIONINMANYWAYSBECAUSEOFITSINMAGNETICRECORDING,CATALYST,PHOTOVOLTAICCELLS,ANTICANCERDRUGSAREWIDELYUSEDINTHEFIELDOFMAGNETICCARRIER,ETCANDBECOMETHERESEARCHHOTSPOT，THISSTUDYFIRSTDETERMINENANOMATERIALSYNTHESISNICKELEFFECTIVEMETHODANDSOMEFACTORSAFFECTINGTHESYNTHESIS,ANDTHENSTUDIEDWITHNANOMETERNICKELASCONTINUOUSPHASECOMPOSITEMATERIALFORSYNTHESISOFOTHERNICKELBASETHEELECTROCHEMICALPROPERTIESOFNANOMATERIALSBYSEM,XRD,IRANDOTHERMETHODSOFPRODUCTHAVEBEENCHARACTERIZED,ATTHESAMETIMETOTESTITSELECTROCHEMICALPERFORMANCETHROUGHRELATEDCHARACTERIZATIONOFXRD,IRISTHEEXPERIMENTOFTHECOMPOSITEMATERIALSOFPRODUCTISTHETARGETPRODUCTBUTALSODETECTTHEELECTROCHEMICALPROPERTIESOFTHECOMPOSITES,THERESULTSSHOWTHATTHECOMPOSITEMATERIALHASGOODELECTROCHEMICALPROPERTIES,MAYBYFURTHERRESEARCHTOAPPLICATIONOBTAINEDBYTHEEXPERIMENTALSTUDYOFTHESYNTHESISOFNANOMETERNICKELTOJOININTHEREACTIONSYSTEMOFNH4CLWILLGETINTERNALRETICULARSTRUCTUREOFGLOBULARNANOMETERNIOH2,DIDNOTADDTHERULELESSPETALSHAPEDPRODUCTINNIOH2,RESPECTIVELY,ANDTHEPOLYMERIZATIONOFPYRROLEANDANILINECOMPOUNDPRODUCTSUSEDTOTESTTHEIRELECTROCHEMICALPROPERTIES,ELECTROCHEMICALPROPERTIESOFTHECOMPOSITESHASBEENINCREASEDOBVIOUSLYBYCHANGINGOROPTIMIZETHEEXPERIMENTALCONDITIONSSHOULDBEABLETOCONTINUETOIMPROVETHEPERFORMANCEOFTHECOMPOSITEMATERIAL,MAKEITHASHIGHERPRACTICALVALUEKEYWORDSNICKELHYDROXIDEPYRROLECOMPOSITEMATERIALSAPPLICATIONTHEELECTROCHEMICALPROPERTIES目录引言1第1章绪论211纳米材料的性质及应用212纳米氢氧化镍的简介213纳米氢氧化镍研究现状以一些合成方法214本论文的研究意义3第2章实验部分421试剂422设备和仪器423实验步骤和方法5231水热法合成NIOH25232合成吡咯和氢氧化镍的复合物524产物表征5第3章结果与讨论631纳米氢氧化镍合成方法的确定6311影响合成纳米氢氧化镍的主要因素6312反应条件及形貌分析632氢氧化镍/吡咯复合材料的合成方法的确定14321影响合成复合材料的主要因素14322反应条件及形貌分析14323成分分析15324对NIOH2/吡咯复合材料红外光谱分析1733NIOH2和NIOH2/吡咯复合物的电学性能研究17331超级电容器的制作17332纳米NIOH2的电学性能研究18332纳米NIOH2/吡咯的电学性能研究19333聚合前后的讨论20结论与展望21结论21致谢22参考文献23插图清单图31反应时间为2H的反应产物NIOH2的SEM照片6图32反应时间为6H的反应产物NIOH2的SEM照片6图33反应时间为12H的反应产物NIOH2的SEM照片7图34反应时间为2H的反应产物NIOH2的SEM照片7图35反应时间为6H的反应产物NIOH2的SEM照片7图36反应时间为2H的反应产物NIOH2的SEM照片8图37反应时间为2H的反应产物NIOH2的SEM照片8图38反应时间为12H的反应产物NIOH2的SEM照片8图39反应时间为2H的反应产物NIOH2的SEM照片9图310反应时间为6H的反应产物NIOH2的SEM的照片9图311反应时间为12H的反应产物NIOH2的SEM照片10图312反应时间为12H的反应产物NIOH2/吡咯的SEM照片11图313反应时间为12H的反应产物NIOH2/吡咯的SEM照片11图314最佳反应条件合成的样品和其煅烧后的XRD谱图12图315NIOH2/吡咯复合物和NIOH2的红外光谱对比图13图316NIOH2作为电容器的充放电测试图14图317NIOH2作为电容器的循环伏安测试图14图318NIOH2/吡咯电容器的充放电测试图15图318NIOH2/吡咯电容器的循环伏安电测试图15表格清单表21试剂4表22设备和仪器一览表4引言镍纳米材料因在磁记录、催化剂、光伏电池、抗癌药物磁性载体等领域的广泛应用而成为研究的热点。众多研究者已发展出高度可控、温和及简便的合成方法，构筑具有优异性能的零维、一维、二维和多级结构镍纳米材料。近几年，人们将镍与金属、半导体等纳米材料进行复合，使材料的物理、化学性能得到改善。如镍与贵金属复合可以有效提高金属本身的催化性能，NINIO核壳纳米颗粒因选择性成键作用可用于组氨酸标记蛋白质磁性分离，镍颗粒掺杂的碳纳米纤维可以改善锂电池阳极结构，增强库仑效率和电子传导率等。因此，选择合适的材料与镍进行复合可使镍的磁性、催化等性能得到提高。不同的制备方法和不同的实验条件制备出的纳米氢氧化镍颗粒在形貌与性质方面都有差异，探索新的简单制备纳米氢氧化镍的方法仍具有很大现实意义。导电聚合物是一种人工合成的一类导电性介于半导体和金属之间，甚至可与金属媲美的聚合物。它们以所具有的独特性而成为一种重要的新型材料，与其相应的制备、性质和应用的研究也受到了广泛的关注。其中由聚吡咯同样具有较好的电化学性能，将吡咯与氢氧化镍聚合所获得的物质其电化学性能由较明显的电化学性能提升。纳米复合材料是当前复合材料的新生长点之一。纳米粒子的表面界面效应、小尺寸效应和量子尺寸效应以及与聚合物密度小、耐腐蚀、易加工等优良特性的结合便呈现出不同于常规聚合物复合材料的性能。纳米粒子的介入不仅改善了聚合物的强度、刚性、韧性,而且还有利于提高聚合物的透光性、阻隔性、耐热性、导电性、杀菌防霉性、吸波性、防紫外性等。由于加工简便、效果明显、产业界对聚合物纳米复合材料的市场前景持乐观态度。所以镍及镍基复合纳米材料将有着很大的应用空间。第1章绪论11纳米材料的性质及应用纳米材料由于具有一些其他无机材料所没有的特殊性质而被广泛而深入的研究，广义地说，纳米材料是指在三维空间中至少有一维处在纳米尺度110M或由它们作为基本单元构成的材料，具有表面与界面效应、小尺寸效应、量子尺寸效应以及宏观量子隧道效应1。因此，在各个方面都已得到大范围的应用，如电子元件、光电子学、光学、催化科学、生物技术人体药物等方面具有广阔的应用前景，另外，纳米科技在能源领域的研究和应用也得到了很大的关注，2005年美国能源部两度出版的研究报告，指出纳米技术在太阳能和其它能源方面的应用潜力2。2007年国际著名期刊科学发表展望文章，指出纳米科技将在低价、高效光伏电池开发和应用中发挥重要的作用。纳米技术在光伏电池研发方面蕴藏着极大地潜力也成为纳米科技领域的一个热点，体现在提高电池效率，减少半导体材料的用量，降低电池制作成本等方面3。除此之外，新型纳米材料的出现也极大地引起了人们的兴趣，例如，纳米粉末、纳米纤维、纳米膜和纳米块体，其中，纳米粉末开发时间最长、技术最为成熟，是生产其它三类产品的基础。因此，加强对纳米材料的研究与应用具有很大的意义。12纳米氢氧化镍的简介根据美国USABC和日本各电池公司对种类繁多的电动车用动力电池的性能以及发展潜力的比较论证，综合考虑电池的安全性能、可靠性、电池材料资源和环境问题以及电池性能的发展趋势，确定镍氢电池是近、中期电动车适用的首选动力电池。NIOH2正是MHNI电池的正极材料活性物质，它的优劣直接影响着电池的性能好坏。90年代以来，随着纳米材料科学技术的迅猛发展，纳米材料的研究逐渐扩展到化学电源领域。纳米NIOH2与普通NIOH2相比具有更优异的电催化活性、高的放电平台、高的电化学容量以及高的密度。究其化学原理，NIOH2的生成很简单，但要将其制备成具有高电化学活性、高堆积密度的NIOH2材料却非易事。近年来，国内外已有多家研究机构通过不同方法制备纳米NIOH2，研究结果表明，与普通微米NIOH2相比，纳米NIOH2具有更小的晶粒电阻、更高的质子迁移速率以及更快的活化速度4。13纳米氢氧化镍研究现状以一些合成方法镍纳米材料因在磁记录、催化剂、光伏电池、抗癌药物磁性载体等领域的广泛应用而成为研究的热点。众多研究者已发展出高度可控、温和及简便的合成方法，构筑具有优异性能的零维、一维、二维和多级结构镍纳米材料。近几年，人们将镍与金属、半导体等纳米材料进行复合，使材料的物理、化学性能得到改善。如镍与贵金属复合可以有效提高金属本身的催化性能NINIO核壳纳米颗粒因选择性成键作用可用于组氨酸标记蛋白质磁性分离镍颗粒掺杂的碳纳米纤维可以改善锂电池阳极结构，增强库仑效率和电子传导率等。因此，选择合适的材料与镍进行复合可使镍的磁性、催化等性能得到提高5。1）固相法1998年SHINGU等首次报道了利用高能球磨法制备晶粒小于10NM的铝铁合金。该过程是一个颗粒循环剪切变形的过程，在球磨过程中，晶格缺陷不断在大颗粒内部产生，导致颗粒中大角度晶界的重新组合，从而使晶粒尺度下降到100NM以下。该法可用于制备常规方法难以获得的高熔点纳米金属或合金材料。2）液相法沉淀法包含一种或多种离子的可溶性盐溶液,当加入沉淀剂后,或于一定温度下使溶液发生水解,形成不溶性的氢氧化物、水合氧化物或盐类从溶液中析出,并将溶剂和溶液中原有的阴离洗去,经热分解或脱水即得到所需的氧化物粉料。喷雾法这种方法是将溶液通过各种物理手段进行雾化获得超微粒子的一种化学与物量相结合的方法。它的基本过程是溶液的制备、喷雾、干燥、收集和热处理。其特点是颗粒分布比较均匀,但颗粒尺寸为亚微米级。具体的尺寸范围取决于制备工艺和喷雾的方法6。水热法水热反应是高温高压下在水或水蒸汽等流体中进行有关化学反应的总称。用水热反应制备超细微粉的水热法目前已经引起国内外的广泛关注。用水热法制备的超细微粉,最小粒径已经达到数纳米的水平，归纳起来可以分为几种类型水热氧化、水热沉淀、水热合成、水热还原、水热分解、水热结晶。溶剂冻结干燥法本法是将金属盐的溶液雾化成微小液滴,并快速冻结成固体，然后加热使这种冻结的液滴中的水升华气化，从而形成溶质的无水盐,经焙烧合成超微粒粉体。冻结干燥法分为液滴的冻结、冻结液滴的干燥、焙烧三个过程。溶胶凝胶法溶胶一凝胶法是60年代发展起来的一种制备玻璃、陶瓷等无机材料的新工艺，近年来己经用于制备纳米微粒。其基本原理是将金属醇盐或无机盐经水解直接形成溶胶或经解凝形成溶胶，然后使溶质聚合凝胶化，再将凝胶干燥、焙烧去除有机成分，最后得到无机纳米材料。3）气相法气相法是直接利用气体或者通过各种手段将物质变成气体，使之在气体状态下发生物理变化或化学反应，最后在冷却过程中凝聚长大形成纳米微粒的方法。气相法的特点是粉体颗粒尺寸小、团聚少、组分易控,因而能达到高温且较适合氧化物纳米粉末的合成。低压气体蒸发法此种制备方法是在低压的氢、氮等惰性气体中加热金属,使其蒸发后形成超微粒或纳米微粒。加热源有以下几种电阻加热法、等离子喷射法、高频感应法、电子束法、激光法等。这些不同的加热方法使得制备出的超微粒的量、品种、粒径大小及分布等存大一些差别。14本论文的研究意义随着合成的纳米NIOH2的晶粒尺寸减小，其质子的传递系数会增大，且放电的电位和容量也都会适当的提高。在纳米NIOH2技术中存在一定的缺点在制备氧氧化镍纳米材料的过程中存在的问题有1产物洗涤困难且干燥时易团聚，2氧氧化镍的堆积密度低；作为电极活性材料的纳米氢氧化镍的性能方面的问题有3氢氧化镍纳米粒子和导电剂的粒子的尺寸比例不匹配，4晶粒之间的电阻较大。合成的片状氧氧化镍纳米材料，因为质子的扩散通道在该层的层间，因此会导致材料的电化学活性不会很好，在纳米氢氧化镍的制备工艺中，还有许多问题有待研究，如制备的球形的氢氧化镍的最佳尺寸；当晶粒的尺寸想降到何种程度，循环性能下降；在纳米氢氧化镍材料中掺杂何种物质，能更好的提高其性能等。如将吡咯与氢氧化镍复合来提高总体的电学性能。进一步解决纳米氧氧化镍中存在的各种问题，以充分发挥纳米氢氧化镍材料的性能优势，对将来的科学研究和科技发展都有着很重要的作用7。第2章实验部分21试剂实验中所用到的主要试剂和药品如表21所示表21试剂原料分子式规格生产厂家乙酸镍尿素氯化铵乙醇吡咯PTFE丙酮过硫酸铵对苯甲磺酸异丙醇C4H6O4NI4H2OCH4N2ONH4CLC2H5OHC4H5NC2F4NCH3COCH3NH42S2O8C7H10O4SC3H8O分析纯分析纯分析纯分析纯分析纯分析纯分析纯分析纯分析纯分析纯国药集团化学试剂有限公司南京化学试剂一厂上海博河精细化学品有限公司国药集团化学试剂有限公司国药集团化学试剂有限公司国药集团化学试剂有限公司国药集团化学试剂有限公司国药集团化学试剂有限公司国药集团化学试剂有限公司国药集团化学试剂有限公司22设备和仪器实验中所用到的主要设备和仪器如表22所示表22设备和仪器一览表仪器设备名称型号与规格生产厂家电子天平数显集热磁力搅拌器真空干燥箱循环水式多用真空泵高速离心机超声波清洗器不锈钢蒸馏水器X射线（粉末）衍射线扫描电子显微镜电热鼓风干燥箱电化学工作站马弗炉其他必要的玻璃仪器FA200DFDZF6020SHB3TG1JK200HSZ120DOUSS4800DGG9145ACHI660EFR1236上海佑科仪器仪表有限公司金坛市杰瑞尔电器有限公司上海博迅实业有限公司杭州大卫科教仪器有限公司长沙湘智离心机仪器有限公司合肥金尼克机械制造有限公司常州未来仪器有限公司德国布鲁克公司日本日立公司上海琅玕实验设备有限公司郑州世瑞思仪器科技有限公司北京凯宏伟业科技有限公司23实验步骤和方法231水热法合成NIOH2分别取一定量的乙酸镍、氯化铵和尿素置于烧杯中在加入一定量的蒸馏水，在磁力搅拌器上搅拌一段时间，使其充分溶解。待溶解完全后将溶液缓慢倒入反应釜中，并在一定的温度下反应一段时间。影响纳米氢氧化镍的主要因素有反应物的摩尔比，反应温度，反应时间，等。本实验主要研究了反应物的摩尔比，反应温度，反应时间等对纳米氢氧化镍粒径和形状的影响，找到适宜的反应条件15。并对制备的样品进行相应的表征，并进行电学性能研究。232合成吡咯和氢氧化镍的复合物先取一定量的NIOH2和PTSA（对甲苯磺酸）置于烧杯中，然后加入一定量的无水乙醇和吡咯，将此混合溶液置于黑暗中溶解10MIN，得A溶液。在将一定量的APS（过硫酸铵）置于另一烧杯中并加入一定量的蒸馏水，得B溶液。将B溶液以05ML/MIN的滴加速率在05的黑暗环境下滴进装有A溶液的烧杯中，混合搅拌12小时。影响该复合材料的主要因素有反应物的摩尔比，反应温度，反应时间等。本实验主要研究了反应物的摩尔比，反应温度，反应时间等对吡咯和NIOH2复合物的粒径和形状的影响，找到适宜的反应条件。并对制备的样品进行电学性能研究。24产物表征将干燥后的产物（NIOH2和氢氧化镍/吡咯复合材料）分别进行IR、SEM及XRD表征。其中领用红外光谱分析可以确定产物的结构组成和化学基团；确定产物相结构是在德国布鲁克D8系列X射线（粉末）衍射仪上测试；产物微观形貌是在S4800场发射扫描电子显微镜加速电压5V上测试。第三章结果与讨论31纳米氢氧化镍合成方法的确定311影响合成纳米氢氧化镍的主要因素纳米粒子的粒度控制非常重要，影响粒度的因素很多，不同的反应物及不同的摩尔比、反应时间、反应温度等对纳米粒子剂纳米晶的形成影响都较大，化学方法主要通过控制制备时的反应物及反应条件来达到控制纳米材料的形貌、结构及粒度的目的8。312反应条件及形貌分析3121反应时间对产物合成的影响情况合成出的样品的形貌是通过扫描电镜（SEM）进行表征的。图31、32、33是0497G乙酸镍与0215G氯化铵以及0120G尿素在20ML蒸馏水中混合均匀后，在160下分别反应2H、6H、12H的SEM照片。图31反应时间为2H的反应产物NIOH2的SEM照片图32反应时间为6H的反应产物NIOH2的SEM照片图33反应时间为12H的反应产物NIOH2的SEM照片3122尿素对产物合成的影响情况合成出的样品的形貌是通过扫描电镜（SEM）进行表征的。图34、35是0497G乙酸镍与0215G氯化铵以在20ML蒸馏水中混合均匀后，在160下分别反应时间分别为2H、6H的SEM照片。图34反应时间为2H的反应产物NIOH2的SEM照片图35反应时间为6H的反应产物NIOH2的SEM照片3123氯化铵对产物合成的影响情况合成出的样品的形貌是通过扫描电镜（SEM）进行表征的。图36、37、38是0497G乙酸镍与0120G尿素在20ML蒸馏水中混合均匀后，在160下分别反应2H、6H、12H的SEM照片。图36反应时间为2H的反应产物NIOH2的SEM照片图37反应时间为6H的反应产物NIOH2的SEM照片图38反应时间为12H的反应产物NIOH2的SEM照片由图36、37、38分别和31、32、33相对比明显可以得知氯化铵在该反应体系中有着很重要的作用。未添加氯化铵的产物呈不规则的花瓣状。3124反应温度对产物合成的影响情况合成出的样品的形貌是通过扫描电镜（SEM）进行表征的。图39、310、311是0479G乙酸镍与0215G氯化铵以及0120G尿素在20ML蒸馏水中混合均匀后，在80下分别反应2H、6H、12H的SEM照片。图39反应时间为的反应产物NIOH2的SEM照片图310反应时间为的反应产物NIOH2的SEM的照片图311反应时间为12H的反应产物NIOH2的SEM照片通过以上各组电镜图片可以看出，反应时间和温度对产物形貌没有较大的影响，实验结果表明，在160C时，可以得到稳定的纳米氢氧化镍。但在反应体系中加入氯化铵等反应物后可能对产物的形貌有着较大的影响如图。36、37、38和31、32、33所示，产物的形貌随着反应时间的延长以及氯化铵的加入而产生变化。由最初的球状结构中网状较少而变成了网状更分散的球状，而且不添加NH4CL或添加量较少会导致产物呈无规则花瓣状。32氢氧化镍/吡咯复合材料的合成方法的确定321影响合成复合材料的主要因素影响复合材料的因素有很多，如不同的反应物及不同的摩尔比、反应时间、反应温度等。化学方法主要通过控制制备时的反应物及反应条件来达到控制复合材料的形貌、结构及性能的目的9。根据查阅文献可知该反应在12H，05的黑暗环境下为最适温度和最适时间，故以下讨论反应时吡咯的量对整个反应体系和反应产物结果的影响。322反应条件及形貌分析先取80MG的NIOH2和04565GPTSA（对甲苯磺酸）置于烧杯中，然后加入30ML的无水乙醇和0LML吡咯，将此混合溶液置于黑暗中溶解10MIN，得A溶液。在将0119GAPS（过硫酸铵）置于另一烧杯中并加入20ML蒸馏水，得B溶液。将B溶液以05ML/MIN的滴加速率在05的黑暗环境下滴进装有A溶液的烧杯中，混合12小时。其SEM照片图312图312反应时间为12H的反应产物NIOH2/吡咯的SEM照片在同样的实验条件和物质不变的情况下减少吡咯的用量，将吡咯的添加量改为005ML。其SEM照片如图313。图313反应时间为12H的反应产物NIOH2/吡咯的SEM照片对比图312和图313可以看出当吡咯的用量为01ML，所得的聚合产物较均匀，NIOH2的球状结构被打散呈松针状。吡咯用量过多会导致聚合不均匀，产物内部无法很好的聚合上吡咯。323成分分析X射线粉末衍射仪（XRD）是一种重要的无损分析工具，用于衍射分析的X射线波长为520NM，物质结构中，原子和分子距离正好落在X射线的波长范围内，所以物质（特别是晶体）对X射线的散射和衍射能够传递极为丰富的微观结构信息11。当X射线射到晶体时，基于晶体结构的周期性，晶体中各个电子的散射波可以相互叠加，称之为相干散射。这些相干散射波相互叠加的结果，产生了晶体的X射线粉末衍射现象。散射波固相一致相互加强的方向称衍射方向。衍射方向取决于晶体的周期或晶胞的大小。晶胞中各个原子及其位置则决定于衍射强度10。图314最佳反应条件生成产物的NIOH2的XRD图谱图315最佳反应条件合成的NIOH2煅烧后的XRD图谱由该两个XRD图谱与氢氧化镍标准卡片JCPDS卡片140117相比较可知，图314所表示的物质即为氢氧化镍，但由于在合成该物质的过程或别的一些原因导致其中有许多杂质使其结晶度不高。图315图谱与JCPDS卡片300443相比看出衍射峰出现一定的宽化，说明煅烧过程中晶体结构发生了畸变。324对NIOH2/吡咯复合材料红外光谱分析在有机物分子中，组成化学键或官能团的原子处于不断振动的状态，其振动频率与红外光的振动频率相当。所以用红外光照射有机物分子时，分子中的化学键或官能团可发生震动吸收，不同的化学键或官能团吸收频率不同，在红外光谱上将处于不同位置，从而可获得分子中含有何种化学键或官能团的信息12。一般羟基吸收峰出现在不碳氢吸收所在频率高的部位，即大于300M1，故大于300M1的吸收峰通常表示有羟基。图315NIOH2/吡咯复合物和NIOH2的红外光谱对比图2030405060708090INTESITYAU2QO由上图NIOH2图谱波长为439CM1和537CM1位置的振动峰NIOH和NIO波长为1360CM1处的为NIOH2层间夹杂的水分子，波长为3410CM1处的峰是羟基官能团中的含氢键的伸缩振动峰，而在波长3629处的峰是因为材料吸收空气中的CO2导致的。所以在波长1383CM1处的峰为CO双键振动峰。图中NIOH2/吡咯复合物在1360CM1、1630CM1、3629CM1处与NIOH2相同，在波长为1680CM1处的是CC的特征峰。33NIOH2和NIOH2/吡咯复合物的电学性能研究331超级电容器的制作取008G样品和0005GPTFE（聚四氟乙烯起到润滑剂的作用）研磨10MIN在加入0015G乙炔黑（减少自放电造成的损失）继续研磨20MIN。然后加入适量的异丙酮作为溶剂继续研磨30MIN使各物质混合均匀。将研磨好的混合物均匀涂抹在已处理干净的泡沫镍上，然后将涂好的泡沫镍放入60烘箱中烘干12H。干燥后进行压片处理作为电容器进行相关测试13。332纳米NIOH2的电学性能研究以0497G乙酸镍与0215G氯化铵以及0120G尿素在20ML蒸馏水中混合均匀后，在160下进行水热反应反应6H，所制得的样品制作成电容器进行测试。3321恒电流充放电测试图316NIOH2作为电容器的充放电测试上图给出了最佳条件下值得的样品在不同电流密度下的恒电流充放电曲线图。由该图可知，样品在一定的电流密度范围内，电极电位与时间都呈曲线关系，充放电曲线具有一定的对称分布，说明此条件下制备的氢氧化镍材料具有一定的电容特性16，其电容大小为44645F/G。0120340560780910012501502503504505POTENIAL/VTIME/SC05A/G12/5G10/3322不同扫速下的循环伏安测试从图中可以看出循环伏安曲线随着扫速的增加而变化，但是峰值较少。阴极过程和阳极过程基本对称当电位扫描方向发生改变时，电流没有瞬间反向，这表明在以上扫速下电极和电解液间的电荷交换以恒定的速率进行17。由于在合成产品的过程不够完善，导致其制作成的电容器的交流阻抗和其电容寿命测试并不理想。332纳米NIOH2/吡咯的电学性能研究该测试所采用样品为吡咯添加量为005ML所得产品。3321恒电流充放电测试06040200204062015010500501CURENT/APOTENIAL/V2MV/S510/2VS5/05010150202500123040POTENIAL/VTIME/SC05A/G12/0/G5A图3图18NIOH2/吡咯制作电容器的充放电测试图图318NIOH2/吡咯制作电容器冲放电测试图3321不同扫速下的循环伏安测试图图318NIOH2/吡咯制作电容器的充放电测试图318NIOH2/吡咯制作电容器的充放电测试图图318NIOH2/吡咯制作电容器的充放电测图319NIOH2/吡咯制作电容器循环伏安测试图由上两图图给出了最佳条件下制得的样品在不同电流密度下的恒电流充放电曲线图。由该图可知，样品在一定的电流密度范围内，电极电位与时间都呈曲线关系，充放电曲线具有一定的对称分布，说明此条件下制备的氢氧化镍材料具有一定的电容特性18。从循环伏安测试图中可以看出循环伏安曲线随着扫速的增加而变化，但是峰值较少。阴极过程和阳极过程基本对称当电位扫描方向发生改变时，电流没有瞬间反向，这表明在以上扫速下电极和电解液间的电荷交换以恒定的速率进行19。由于在合成产品的过程不够完善，导致其制作成的电容器的交流阻抗和其电容寿命测试并不理想。根据计算可以得出由NIOH2/吡咯制作的0010203040580640202406CURENT/APOTENIAL/V2MV/S510/S/电容器其电容大小为8615F/G。333聚合前后的讨论由于在制作电容器和合成样品时涂抹操作失误和其他影响因素控制不到位，导致最终做出来的电容器效果不是很好，没有达到预想中的效果。以NIOH2的电容器其电容大小为44645F/G，以NIOH2/吡咯制作的电容器其电容大小为8615F/G，明显可以得出将NIOH2吡咯复合之后可以提升电容器的效果。结论与展望结论通过对本实验的各项条件的探究，可以得到不同形态不同性能的纳米氢氧化镍。本论文利用乙酸镍、氯化铵以及尿素在水热条件下合成氢氧化镍，并通过改变反应物的摩尔比、反应时间和反应温度等来确定最佳的合成方法。通过SEM照片可知由0497G乙酸镍、0215G氯化铵、0120G尿素和20ML蒸馏水在160的水热条件下反应6H的产物形貌最为均匀呈网状结构的球状物。同时通过实验的各项条件的探究，可以确定NIOH2/吡咯复合物复合的最佳摩尔比和其他一些反应影响因素。实验中以008GNIOH2、30ML无水乙醇、04565GPTSA（对苯甲磺酸）以及01ML吡咯制成A溶液，在以0119GAPS（过硫酸铵）溶在20ML。蒸馏水中作为B溶液，将B溶液以05ML/MIN的滴加速率在05的黑暗环境中滴加入到A溶液里，并在该环境中持续搅拌12H，从而制得NIOH2/吡咯复合物。通过改变吡咯的添加量和搅拌持续时间以及搅拌时的环境温度，根据SEM照片可得出最佳的反应条件。得出的NIOH2/吡咯复合物其形貌为松针状且上附有小型球状颗粒20。通过使用XRD对得到的复合材料进行表征，结果表明实验制备的样品是NIOH2和吡咯的复合。通过初步对NIOH2和NIOH2/吡咯复合材料的点学性能进行研究，得知所得的氢氧化镍和其与吡咯的复合材料都具有较好电学性能，而且NIOH2/吡咯复合材料的电学性能较氢氧化镍由较大的提升。展望目前，按照镍基纳米复合材料复合方式的不同包括核壳型、负载型、多节段型，合成这些结构所用的方法也各有偏重。其中，制备核壳型镍基复合材料多利用模板法与牺牲模板法。模板法由于对多种组分具有普适性而被广泛应用。但该方法操作工艺复杂，且对模板的结构、尺寸和表面状态要求较高。牺牲模板法是合成镍金属、镍镍化合物核壳或空心结构的简便方法，但适用于有限的组分。在结构方面，迄今所合成的多数核壳型的镍复合材料是由两种组分以颗粒或者一维结构复合而成，结构、组分影响性质，如何构造更多组分的多壳层复合材料或者具有更精细结构的多级核壳复合材料，是目前核壳型的镍纳米复合材料的重要研究方向。如何实现模板法、牺牲模板法合成过程中对精细纳米结构的调控，是纳米复合材料合成的一大挑战21。镍基复合材料由于具有磁性材料、复合材料和多结构等特点，在催化、传感、生物医学等领域具有潜在的应用前景。虽然已取得了不少成功的合成实例，但由于合成体系的复杂性，较多敏感实验参数的影响，在已有实验基础上开发更简便、有效的合成方法是这类复合材料研究的重点。此外，对材料之间的偶合作用、协同作用所引起的性质变化、影响机理、影响因素等缺乏深刻认识，需要对这类复合材料进行基础性原理更深的