Al和Mn復(fù)合摻雜氫氧化鎳的結(jié)構(gòu)及電性能

朱 暢 鄧幫君

(湖北工程學(xué)院新技術(shù)學(xué)院，湖北 孝感 432000)

一、實(shí)驗(yàn)

(一)試劑及儀器

KOH(AR國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司)，Al2(SO4)2·18H2O(AR天津市凱通化學(xué)試劑有限公司)，NiSO4·6H2O(AR國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司)，MnSO4(AR)，電化學(xué)工作站(上海辰華儀器公司CHI660C)，鉑片電極(上海精密科學(xué)儀器有限公司)，甘汞電極(上海電光儀器廠)，鉑/金圓盤電極(?2mm)，X射線衍射儀(德國(guó)Bruker-axs公司D8)，SEM(日本JEOL JSM-6510型)。

(二)樣品的制備

把NiSO4·6H2O、Al2(SO4)2·18H2O和MnSO4配置成摩爾比為85：15：3的混合溶液，在常溫和超聲波環(huán)境中邊攪拌邊向溶液中緩慢滴入0.45mol/L的KOH溶液直至溶液PH為11，繼續(xù)攪拌15min，室溫條件下陳化24h，將溶液離心洗滌直至洗出液呈中性，抽濾，自然晾干，研磨得到Al/Mn復(fù)合摻雜Ni(OH)2樣品，記為樣品A。在同樣的條件及操作下將NiSO4·6H2O、Al2(SO4)2配置成摩爾比為85：15的混合溶液，制得Al摻雜Ni(OH)2樣品，記為樣品B。

二、結(jié)果與討論

(一)樣品的SEM結(jié)果分析

樣品A和B在同一放大倍數(shù)下的SEM圖像分別如圖1所示，樣品A為類球形，樣品B為不規(guī)則塊狀，類球形的樣品A比表面積樣更大，說(shuō)明樣品A可能具有更好的電化學(xué)活性。樣品A和B都存在團(tuán)聚現(xiàn)象，樣品A顆粒比樣品B粒徑小，可能由于加入Mn使晶體結(jié)晶度降低，減小了微晶尺寸，這在下面XRD分析中得到進(jìn)一步證實(shí)。

圖1 樣品的SEM圖片

(二)樣品的XRD結(jié)構(gòu)表征

圖2所示為樣品A和B的XRD譜圖，從圖中可以看出樣品A和B具有α-Ni(OH)2特征峰(003)、(006)、(012)、(113)，峰與α-Ni(OH)2標(biāo)準(zhǔn)圖譜卡片基本一致，呈典型的α-Ni(OH)2結(jié)構(gòu)特征。圖中樣品A的四個(gè)特征峰都發(fā)生左移，說(shuō)明樣品A相對(duì)于樣品B晶格常數(shù)發(fā)生了改變，結(jié)晶度降低，樣品A相對(duì)于樣品B由于摻雜Mn發(fā)生晶格畸變使C軸拉長(zhǎng)，有效的增強(qiáng)了電極質(zhì)子遷移作用。

樣品A和樣品B(003)晶面的晶面間距d及垂直于(003)晶面方向上的晶粒尺寸(Crystallite size)列于表1中(由JADE測(cè)算)，從表1可以看出A樣品的(003)晶面間距大于B樣品，樣品A的晶粒尺寸小于樣品B，說(shuō)明樣品A具有更大的比表面積，可能這和SEM的分析相符。

表1 樣品的(003)晶面數(shù)據(jù)

圖2 樣品的XRD譜圖

(三)樣品的電化學(xué)性能

圖3為樣品在掃描速度為25mA/s時(shí)的循環(huán)伏安曲線，從圖3中可以看出，α-Ni(OH)2/γ-NiOOH的氧化峰與陽(yáng)極析氧峰清晰的分離，樣品A的氧化峰電位在0.3314V附近，還原峰電位在0.2385V附近，電位差為0.0929V。樣品B的氧化峰電位在0.3566V附近，還原峰電位在0.2259V附近，電位差為0.1307V。

A樣品相比于B樣品的峰更尖銳，說(shuō)明A樣品在電極反應(yīng)過(guò)程中速率常數(shù)更大且反應(yīng)速率更快，這可能是由于A樣品具有更大的電極質(zhì)子遷移速率，這與XRD分析的結(jié)果一致。

三、結(jié)論

超聲波條件下用化學(xué)共沉淀法合成的Al/Mn復(fù)合摻雜Ni(OH)2在PH為11的堿性溶液中陳化24h后仍為納米級(jí)α-Ni(OH)2，能在堿性條件下穩(wěn)定存在。

(一)樣品A相比于樣品B結(jié)晶度有所降低，晶面間距增大為7.9784A，晶體c軸方向拉長(zhǎng)，增強(qiáng)電極質(zhì)子遷移作用

(二)樣品A晶粒尺寸10.6nm，樣品B晶粒尺寸12.1nm，樣品A具有更大的比表面積，提高了電極反應(yīng)活性

(三)循環(huán)伏安測(cè)試樣品A電位差0.0929V，樣品B電位差0.1307V，樣品A還原峰正移0.0126V，提高了電極可逆性和活性物質(zhì)利用率。

參考文獻(xiàn)：

[1]張倩，徐艷輝，王曉琳.Al代α-Ni(OH)2的結(jié)構(gòu)與電化學(xué)性能[J].稀有金屬材料與工程，2003，32(10)：825-828.

[2]趙培正，張秀英，趙林治，楊書廷.摻雜Al的α-Ni(OH)2的電化學(xué)性能[J].應(yīng)用化學(xué)，2001，17(1)：35-38.