● 摘要
镍的化合物纳米材料由于具有优异的催化、电化学等特性，在传感器、催化剂、电极材料等方面具有广阔的应用前景。目前，发展温和、简便以及高度可控的合成方法，构筑具有优异特性的新型纳米结构，实现对目标材料的物理、化学性质剪裁是无机纳米材料合成的重要目标之一。本论文工作集中在镍的氢氧化物、氧化物以及镍-钴复合氢氧化物纳米材料的湿化学合成、表征、形成机理及性质研究而展开，在分子设计原理指导下实现了多种镍化合物纳米材料的可控合成，并对相应的生长机理进行了深入的研究，获得了材料结构与相关性能间的内在关联规律，在此基础上研究了电化学等特性和潜在的应用。研究内容主要包括以下几个方面：
（1）沙漏状氢氧化镍纳米结构的设计合成与性质研究
合成了一系列沙漏状氢氧化镍纳米结构并实现了种类和形貌的可控。通过调控合成条件，实现多种形貌间的转换与可控合成，包括三种形貌的中心对称沙漏状纳米结构以及五种形貌的非中心对称沙漏状纳米结构。研究这种特殊结构的氢氧化镍纳米材料的生长机理，提出了纳米晶体生长中的“配位多面体生长基元”理论，为液相法体系中纳米晶体的生长基元理论提供了一个新视角。探索并总结了其中的晶体生长规律，成功的解释了沙漏状纳米结构的一系列微结构特征。对此种材料进行生物电催化测试，研究沙漏状氢氧化镍纳米材料对L-组氨酸的电催化性能，并深入讨论纳米材料的结构，包括外部形貌和内部结晶程度，与电催化性能的关系。为设计出能满足高性能电催化要求的纳米材料提供了合成思路。
（2）空心氢氧化镍、氧化镍以及多种金属氢氧化物、氧化物笼状纳米结构的设计合成与性质研究
利用模板法，根据软硬酸碱理论，设计合成出形貌规则的非晶态空心氢氧化镍纳米笼状结构，通过简单的热处理，将所制备的氢氧化镍烧结为氧化镍多孔纳米笼材料，并将此方法推广至其他金属元素的氢氧化物以及氧化物的制备当中，包括Mn、Fe、Co、Zn以及Pb。通过对生长条件的调节，实现了空心结构形貌构型、尺寸及壁厚的可控调节。详细讨论了金属氢氧化物合成路线的反应体系以及生长过程，提出了一套具有一定普适意义的机理，使之能运用到其他同类型的材料的合成中，为规则形态非晶以及多孔纳米材料的合成提供了设计思路。选取空心氢氧化镍纳米笼材料进行电化学传感器性能以及力学性能等的性质测试，为研究非晶纳米材料的特殊性能提供了素材。
（3）空心多重壳结构氢氧化镍以及镍-钴复合氢氧化物笼状结构的设计合成与性质研究
通过逐步刻蚀，二次沉淀的方式还获得了具有多重壳结构的空心氢氧化镍纳米笼。利用与制备空心氢氧化镍纳米笼相似的方法，通过共沉淀的方式获得了镍-钴双金属氢氧化物。通过改变牺牲模板的尺寸大小，可以获得不同尺寸的镍-钴双金属氢氧化物纳米笼，经过电催化性能测试，发现其在电解水产氧的过程中的性能要优于氢氧化镍纳米笼材料。通过逐步刻蚀以及二次沉淀的方式获得了空心双层壳结构的镍-钴氢氧化物。为镍-钴氧化物的合成提供了很好的前驱体；为双金属氢氧化物或氧化物的合成与电传感、电催化、电容器以及锂电池等性能的研究提供了素材。