《液相脈衝放電合成Ni-P合金納米粉機理的原位XAFS/SAXS研究》是依託北京科技大學，由俞宏英擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：液相脈衝放電合成Ni-P合金納米粉機理的原位XAFS/SAXS研究
- 依託單位：北京科技大學
- 項目負責人：俞宏英
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
Ni-P合金納米粉表面活性高、比面積大，具有良好的導電導熱性和抗氧化能力，在化工、機械、航天等領域有廣闊的套用前景。本課題組採用快捷、環保、低成本的液相脈衝放電法，製備出不同形貌和結構的Ni-P合金納米粉。因對Ni-合金納米粉的合成機理即還原-形核-生長機理並不清楚，不易控制Ni-P合金納米粉的形貌和結構。但納米粉的性能很大程度上取決於其尺寸、形貌和結構。而傳統非原位實驗方法受限於低時空解析度，是對動態合成過程的靜態反映，缺乏對中間過程的實驗數據支撐。因此，本項目將採用高時空解析度的原位同步輻射XAFS和SAXS技術和原位光譜監測技術，輔以傳統非原位實驗手段，研究脈衝放電過程中高能活性粒子對反應的激發作用，監測合成過程中離子化合價和配位環境變化、Ni-P核的偶聯和集聚長大過程，構建Ni-P合金納米粉的還原-形核-生長機理模型，通過外場條件有目的地調控，初步實現Ni-P合金納米粉的可控制備。
結題摘要
非晶Ni-P納米粉體具有獨特的物理化學性質，作為催化劑、電池電極材料、塗層材料具有廣闊的工業套用前景。然而，人們對非晶Ni-P納米粉體的結構描述與形成機制還知之甚少。而納米粉的性能很大程度上取決於其尺寸、形貌和結構。本課題採用液相脈衝方法製備非晶Ni-P納米粉體。採用先進的同步輻射實驗技術，結合常規結構表征手段，研究了放電脈衝產生的高能活性粒子對化學反應的激發機制；非晶Ni-P納米顆粒的局域結構、形成機制；不同外場條件對Ni-P納米顆粒形貌、尺寸和結構的影響。 首先，利用自行搭建的發射光譜實驗裝置分析了脈衝放電過程中產生的活性粒子。發現非晶Ni-P納米顆粒的形成過程由脈衝放電產生的活性粒子•H、P+、O觸發，Ni原子由Ni2+直接被•H和eaq-還原形成，P原子由H2PO2-經歧化反應間接形成，P原子的形成晚於Ni原子。給出了Ni-P納米顆粒形成的總化學反應方程式。 其次，採用XAFS技術分析了非晶Ni-P納米顆粒中Ni原子的近鄰結構和P原子的近鄰結構，發現Ni的近鄰結構類似於晶體Ni中的情形，而P的近鄰結構類似於晶體Ni3P中的情形。因此根據這一結構特徵，構建了一種含有23個Ni原子和3個P原子的局域結構模型，來描述Ni-P納米顆粒的非晶結構。 隨後，採用HRTEM觀測了所形成粒子的形貌特徵，用XAFS和原位QXAFS技術研究了非晶Ni-P納米顆粒形成過程中原子近鄰結構的變化，用原位SAXS技術研究了非晶Ni-P納米顆粒粒徑的變化。綜合以上實驗結果提出了非晶Ni-P納米顆粒形成過程的四階段模型，即：Ni晶核的形成、Ni-P納米顆粒的形成、Ni-P納米顆粒的非晶化和非晶Ni-P 納米顆粒的自催化生長。 最後，研究了溫度、反應物濃度、反應物濃度比、放電脈衝、放電電壓對非晶Ni-P納米顆粒形貌、尺寸的影響。Ni-P納米粉體最佳製備條件為：溫度75℃、反應物中NiSO4的濃度為0.3M、反應物濃度比（NiSO4/NaH2PO2）為1:3、放電脈衝數n為60、放電電壓U為1000V。 本課題研究獲得的成果對非晶Ni-P納米粉體的可控制備提供了實驗依據和理論指導，有利於拓展非晶Ni-P納米粉體材料的實際套用領域。
