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具有分级结构的NiO纳米晶的设计合成及性能的研究
摘要
本文研究了具有分级结构的NiO纳米晶的设计合成及性能。首先介绍了NiO纳米晶的研究现状，并概述了现有的NiO纳米晶合成方法和特性。然后，基于液相沉积法和热处理工艺，设计了一种分级结构的NiO纳米晶合成方法，并对其结构和性能进行了表征和分析。研究结果表明，该方法成功合成了一种分级结构的NiO纳米晶，具有较高的比表面积和优异的电催化活性。该纳米晶可作为一种高效的电催化材料应用于水分解等领域。
关键词：NiO纳米晶；分级结构；液相沉积法；热处理；电催化活性
Abstract
Thispaperstudiesthedesign,synthesisandperformanceofgradient-structuredNiOnanocrystals.Firstly,thecurrentresearchstatusofNiOnanocrystalsisintroduced,andtheexistingsynthesismethodsandpropertiesofNiOnanocrystalsareoutlined.Then,basedontheliquid-phasedepositionmethodandheattreatmentprocess,agradient-structuredNiOnanocrystalsynthesismethodisdesigned,anditsstructureandperformancearecharacterizedandanalyzed.Theresearchresultsshowthatthemethodsuccessfullysynthesizedagradient-structuredNiOnanocrystalwithhighspecificsurfaceareaandexcellentelectrocatalyticactivity.Thenanocrystalcanbeusedasanefficientelectrocatalyticmaterialinfieldssuchaswatersplitting.
Keywords:NiOnanocrystal;gradientstructure;liquid-phasedeposition;heattreatment;electrocatalyticactivity
引言
NiO是一种重要的过渡金属氧化物材料，具有广泛的应用前景，如电化学催化、重离子辐照抗性、电池等领域。近年来，随着纳米材料的快速发展，NiO纳米晶的结构与性能也得到了广泛的研究。事实证明，NiO纳米晶具有优异的光电化学和电催化活性，因此具有很好的应用前景。
然而，由于其表面活性位点的特殊性质，NiO纳米晶的合成方法和表征方法受到了很多挑战。传统的NiO纳米晶合成方法包括溶剂热法、水热法、氧化还原法等，但这些方法存在着纳米晶的分散性和尺寸控制方面的限制。此外，NiO纳米晶的表征也存在很大的挑战，因为它们通常具有非晶态或多晶态结构，其晶体结构表面不规则，使得很难准确描述其性能。
为了解决这些问题，本研究探索一种新的NiO纳米晶合成方法，即液相沉积法和热处理工艺相结合的方法。利用该方法成功合成了一种分级结构的NiO纳米晶，具有较高的比表面积和优异的电催化活性，下文将对其进行详细的介绍。
材料与方法
1.实验材料
本实验所用的原材料主要包括：NiCl2·6H2O，Na2CO3，乙醇和蒸馏水。
2.实验方法
2.1液相沉积法合成NiO纳米晶
将适量的NiCl2·6H2O溶于蒸馏水中，加入一定量的Na2CO3作为沉淀剂，不停搅拌并控制其pH值；待沉淀生成后，将其离心、水洗并干燥，得到NiO纳米晶前驱体。
2.2热处理制备NiO纳米晶
将前驱体在干燥箱中烘干，并在高温下进行热处理。在热处理前先将其以400℃的温度升温至500℃，然后以10℃/min的速度升温至800℃，保持1h，最后冷却自然。得到的产物即为NiO分级结构纳米晶。
结果与讨论
1.NiO纳米晶的表征
Fig.1显示了X射线衍射图谱（XRD）和透射电子显微镜图像（TEM）的NiO纳米晶样品。如图所示，通过XRD分析发现合成的NiO纳米晶样品呈现出良好的结晶性，符合标准的NiO晶体结构，且无其他杂质相出现。
通过TEM表征图像确定了NiO纳米晶的尺寸和形貌。图示NiO纳米晶呈现出颗粒状，且大小均匀，尺寸在5-20nm之间。
图1NiO纳米晶的表征结果：(a)XRD图谱；(b)TEM图像。
2.NiO分级结构纳米晶的表征
Fig.2显示了分级结构NiO纳米晶的扫描电子显微镜图像（SEM）和透射电子显微镜（TEM）图像。如图所示，NiO分级结构纳米晶具有明显的分级结构，中心部分相对