● 摘要
金属镍及其化合物纳米材料具有优异的磁学、催化、电化学等特性，在高密度磁记录、催化剂、电极材料等方面具有广阔的应用前景。目前，发展高度可控、温和、简便的合成方法，构筑具有优异特性的新型纳米结构，实现对目标材料物理、化学性质的剪裁是无机纳米材料合成的重要发展方向。本论文围绕镍及其化合物纳米材料的湿化学合成与表征、形成机理及性质研究而展开，实现了材料从简单结构（颗粒）到复杂结构（一维核壳结构、多级结构）、从单一成分到异质成分的转变，并研究了样品尺寸、成分、结构的变化对磁学性质、催化性质及电化学性质的影响，为镍基纳米功能材料的发展奠定了理论基础。以高聚物或有机分子为软模板，合成了有机层包覆的镍纳米颗粒、镍微米花以及镍纳米花。催化测试表明具有包覆层的镍纳米颗粒有效促进了高氯酸铵的热分解。磁性测试表明多级结构微米花由于其多晶结构而具有低矫顽力值。开创性地将镍纳米花添加到变压器油中，能有效提高其击穿电压，具有工业应用的前景。在纳米花合成的基础上，探讨了其它因素（反应物浓度、溶液体积、反应温度等）对粒子表观形貌的影响，为改善催化剂表面性能的研究提供了新的思路。以高聚物为模板，合成了粒径为15~250 nm尺寸可调的一维Ni链，系统研究了粒径大小对磁学性质的影响，用基于扇形模式的"球链模型"对粒径为30 nm和50 nm镍链的磁翻转进行拟合，计算的磁学参数与实验测试数值很好符合。而利用镍链催化铁纳米粒子降解五氯苯酚(PCP)的实验表明，此样品能有效提高PCP的去除率，具有催化降解水污染的应用前景。以镍链的合成为基础，构造出诸如碗状、刺状链子、半球等多种纳米结构。以上研究内容发展了一维链状纳米材料制备的方法学，并在一维镍材料的磁学性质、催化性质及同体系形貌调控的深入研究方面具有参考价值。利用牺牲模板法合成了一维Ni/Ni3C核壳及Ni/Ni3S2豆荚状纳米结构，对材料进行深入细致的结构分析，提出相应的生长机理，并研究了结构的包覆带来的磁学性质的改变。合成的一维Ni/Ni3C核壳纳米链首次在国际上对Aharoni提出的一维纳米球链磁性模型的正确性给予了实验验证，为后续单畴磁性纳米材料的磁学理论的发展提供了素材。而Ni/Ni3S2一维豆荚结构，镍内核粒径小于其相干长度，并且在相邻粒子间只存在长度方向的偶极子作用力，故此材料是利用球链模型研究磁翻转的理想体系。以豆荚形貌为基础，利用Kirkendall效应，合成了多尺寸、均匀的空心链子，同时实现了产物成分的转变。在水溶液中，通过氢键联接的层接层组装构造了结构新颖的单晶Ni(OH)2凹多面体，实现了产物长径比(1~5)的可调。其中，由于Ni(OH)2结构中羟基位置的不对称，实现了前躯体片层60°角度旋转的智能组装。此处开发的利用小分子氢键粘结、智能堆砌多面体结构的新颖方法，为纳米器件的制备提供了十分有意义的参考。电化学测试表明，此纳米结构具有优异的电化学存储特性，可作为镍基电池的电极材料。最后，利用热分解牺牲模板法将Ni(OH)2凹多面体成功转化为NiO的凹多面体单晶，验证了此类方法合成同形貌氧化物的可行性。