В останні роки наноструктурні оксидні матеріали привертають все більшу увагу в зв'язку з їх унікальними оптичними, магнітними, напівпровідниковими, хімічними та механічними властивостями. Одним з таких матеріалів є нанокристалічний оксид нікелю, який має антиферомагнітні, напівпровідникові (напівпровідник p-типу, з шириною забороненої зони (3,6 - 4,0 еВ)) і люмінесцентні властивості. Оксид нікелю застосовується як каталізатор для конверсії вуглеводнів, в Li-іонних батареях, як похідний матеріал для аноду твердооксидного паливного елементу та в якості наповнювача у композиційних керамічних матеріалах [1,2].
Питома ємність електрохімічних конденсаторів (ЕК) є однією з основних характеристик, яка визначає області і межі їх застосування. Тому основні зусилля дослідників і розробників таких пристроїв скеровані на пошук нових методик та матеріалів, які б сприяли досягненню поставленої мети. Серед них найбільш перспективною є ідея гібридних систем та використання матеріалів для електродів, які забезпечують у відповідних електролітах швидкі і оборотні фарадеївські процеси, що, в свою чергу, може бути використано в ЕК з псевдоємнісним характером накопичення заряду. На даний час такі ЕК формуються на оксидах рутенію, іридію, проте в комерційних цілях їх не використовують через велику вартість. Серед дешевих і доступних електродних матеріалів особливий інтерес представляє гідроксид нікелю [3].
Нанокристали гідроксиду нікелю було отримано електролітичним методом в скляному електролізері з нікелевими електродами. В якості електроліту використовувався розчин хлориду натрію в дистильованій воді, концентрація якого складала 0,5 г/л. Температура електроліту змінювалася від кімнатної до 100 0С. Тривалість експерименту складала 2 год., при густині струму 0,21 А/см2. Живлення електролізера здійснювалося від регульованого стабілізованого джерела постійного струму. Для рівномірного використання цинкових електродів здійснювався реверс напряму постійного струму. Час реверсування складав 30 хв.
Після закінчення електролізу електроліт, фільтрували за допомогою паперового фільтру і отриманий порошок промивали п’ятикратним об'ємом дистильованої води. Зразки висушували на повітрі за кімнатної температури.
Рентгенівські дослідження проводилися на рентгенівському дифрактометрі ДРОН – 4 з використанням CuKα випромінювання за кімнатної температури. Анодна напруга і сила струму складали відповідно 41 кВ і 21 мА. Крок сканування дифрактограми 0,05 0С, а час експозиції 5 с.
На рис.1 показані рентгенівські дифрактограми отримані за різних температур електроліту. Для аналізу експериментальних дифрактограм використовувалася процедура опису кожного рефлексу функцією Гауса, внаслідок чого про кожний рефлекс була отримана така інформація: кутове положення 2θ, півширина β, інтегральна інформація I. Використавши відомі міжплощинні відстані для для оксиду і гідроксиду нікелю були розраховані кутові положення їх рефлексів. Порівняння теоретичних разрахунків з експериментальною дифрактограмою показало, що в нашому випадку отриманий гідроксид нікелю.
Рис. 1. Рентгенівська дифрактограма гідроксиду нікелю отриманого за температури електроліту:
a – 96 0С; b – 22 0С.
Отримані результати використовувалися для розрахунку розмірів нанокристалів з використанням формули Дебая–Шеррера:
D = 0,89λ/(β cosθ),
де λ – довжина хвилі рентгенівського випромінювання; β – півширина рефлексу; θ – кут дифракції. Фізичне значення півширини обчислено за формулою β = (β21 – β22)1/2, де β1 – експериментальне значення півширини рентгенівського рефлексу; β2 – інструментальне значення півширини рентгенівського рефлексу. Інструментальне значення півширини рентгенівських рефлексів визначалося на основі аналізу рентгенівських дифрактограм еталонних порошків кремнію і Al2O3, які були отримані за таких самих умов. З використанням параметрів різних рефлексів були отримані різні значення розміру, але їх середнє значення дорівнює 11 нм для зразків отриманих за темпеартури електроліту 96 0С. З рис.1 b видно, що зменшення температури електроліту приводить до зменшення інтенсивності і збільшення півширини рентгенівських рефлексів, що свідчить про зменшення розмірів нанокристалів гідроксиду нікелю середнє значення якого дорівнює 15 нм.
Список літератури:
1. Ф.І. Глазунов, І.А. Даніленко, Г.К. Волкова, В.О. Глазунова, Т.Є. Константінова ФІЗИКА І ХІМІЯ ТВЕРДОГО ТІЛА Т. 14, №1 (2013) С. 185-189.
2. https://uk.wikipedia.org/wiki/оксид нікелю(II).
3. О.М. Хемій, Л.С. Яблонь, І.М. Будзуляк, О.В. Морушко, Ю.Ю. Стубров, І.П. Яремій ФІЗИКА І ХІМІЯ ТВЕРДОГО ТІЛА Т. 16, №2 (2015) С. 355-359.
