تولید پودر نانو کامپوزیت Ni-NiO به روش سنتز احتراقی در محلول و ارزیابی مورفولوژی آن

مهندسی متالورژی و مواد

مقاله 11، دوره 33، شماره 1 - شماره پیاپی 25، فروردین 1401، صفحه 157-182   

نوع مقاله: علمی و پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/jmme.2022.72779.1028

نویسندگان

مهلا سرفراز؛ مصطفی میرجلیلی^* ؛ عبدالکریم سجادی؛ جلیل وحدتی خاکی؛ حمیدرضا عظیمایی

دانشگاه فردوسی مشهد، دانشکده مهندسی، گروه مهندسی متالورژی و مواد

چکیده

تولید نانو ذرات NiO-Ni به روش سنتز احتراقی در محلول با دو نوع سوخت مختلف اوره و گلایسین در نسبت‌های مختلف مولی سوخت به اکسید کننده سنتز شد. با کمک محاسبات ترمودینامیکی دمای آدیاباتیک برای نسبت‌های مختلف سوخت به اکسید کننده محاسبه شد. سپس محصول نهایی در هر نسبت سوخت به اکسید کننده، با پیش بینی حاصل از محاسبات ترمودینامیکی مورد مقایسه قرار گرفت. اثر دو نوع سوخت مختلف گلایسین و اوره و نیز استفاده هم‌زمان از هر دو نوع سوخت مورد بررسی قرار گرفت. مشخصه‌های فیزیکی محصولات تولیدی به کمک آنالیز‌های XRD، PSA و FESEM ارزیابی شد. در نسبت‌های سوخت به اکسید کننده‌ی پایین، محصول نهایی اکسید نیکل در هر دو سوخت گلایسین و اوره بود. با افزایش این نسبت ذرات نیکل در کنار اکسید نیکل تشکیل شد. به طور کلی اندازه ذرات نمونه‌های سنتز شده با گلایسین کمتر از نمونه‌های سنتز شده با اوره است. با افزایش نسبت سوخت به اکسید کننده در هر دو نوع سوخت، اندازه ذرات به علت تغییر ترکیب شیمیایی و کاهش دمای آدیاباتیک افزایش می‌یابد. کم‌ترین اندازه ذره بدست آمده در نمونه‌‌ی سنتز شده با نسبت %75 گلایسین و %25 اوره بدست آمد که مقدار آن برابر 35 نانومتر می‌رسد. مورفولوژی اکسید نیکل و نیکل در نسبت‌های مختلف با یک دیگر مورد مقایسه قرار گرفت. ذرات اکسید نیکل به نسبت نیکل ریزتر و دارای تخلخل بیش‌تری هستند.

کلیدواژه‌ها

سنتز احتراقی در محلول؛ نیکل؛ اکسید نیکل؛ ترمودینامیک؛ اوره؛ گلایسین

مراجع

1. Rahim, M. A., Hameed, R. M. A., Khalil, M. W., "Nickel as a catalyst for the electro-oxidation of methanol in alkaline medium", J. Power Source, Vol. 134, pp. 160–169, (2004), https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2004.02.034.
2. Zhao, Y., Zhan, L., Tian, J., Nie, S., Ning, Z., "MnO₂ modified multi-walled carbon nanotubes supported Pd nanoparticles for methanol electro-oxidation in alkaline media", J. Hydrogen Energy, Vol. 35, pp. 10522–10526, (2010).
3. Nozad, A., Shahrokhian, S., Asgari, M., Ghannadi, M., Irannejad, L., Khanchi, A., "Electrocatalytic oxidation of methanol on a nickel electrode modified by nickel dimethylglyoxime complex in alkaline medium", Power Source, Vol. 144, pp. 21–27, (2005), https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2004.12.017.
4. Yuan, F., Ni, Y., Zhang, L., Yuan, S., Wei, J., "Synthesis, properties and applications of flowerlike Ni–NiO composite microstructures", Mater. Chem. A, Vol. 1, pp. 8438–8444, (2013).
5. Alnarabiji, M. , Tantawi, O., Ramli, A., Zabidi, N. A. M., Ben Ghanem, O., Abdullah, B., "Comprehensive review of structured binary Ni-NiO catalyst: Synthesis, characterization and applications", Renew. Sustain. Energy Rev., Vol. 114, pp. 109326, (2019).
6. Wu, H., Wu, G., Wu, Q., Wang, L., "Facile synthesis and microwave absorbability of C@ Ni–NiO core–shell hybrid solid sphere and multi-shelled NiO hollow sphere", Charact, Vol. 97, pp. 18–26, (2014).
7. Spinner, N., Mustain, W. , "Electrochimica Acta Effect of nickel oxide synthesis conditions on its physical properties and electrocatalytic oxidation of methanol", Electrochim. Acta, Vol. 56, pp. 5656–5666, (2011), https://doi.org/10.1016/j.electacta.2011.04.023.
8. Yu, J., Ni, Y., Zhai, M., "Simple solution-combustion synthesis of Ni-NiO @ C nanocomposites with highly electrocatalytic activity for methanol oxidation", J. Phys. Chem. Solids, 112, pp. 119–126, (2018), https://doi.org/10.1016/j.jpcs.2017.09.022.
9. Varma, A., Mukasyan, A. , Rogachev, A. S., Manukyan, K. V., "Solution Combustion Synthesis of Nanoscale Materials", Chem. Rev., Vol. 116, pp. 14493–14586, (2016), https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.6b00279.
10. Mukasyan, A. , Dinka, P., "Novel approaches to solution-combustion synthesis of nanomaterials", International Journal Self-Propagating High-Temperature Synth, Vol. 16, pp. 23–35, (2007), https://doi.org/10.3103/s1061386207010049.
11. Novitskaya, E., Kelly, J. , Bhaduri, S., Graeve, O. A., "A review of solution combustion synthesis: an analysis of parameters controlling powder characteristics", Int. Mater. Rev., Vol. 66, pp. 188–214, (2021).
12. Toniolo, J. , Bonadiman, R., Oliveira, L. L., Hohemberger, J. M., Bergmann, C. P., "Synthesis of nanocrystalline nickel oxide powders via glycine- nitrate synthesis of nanocrystalline nickel oxide powders via glycine- nitrate combustion", South. Braz. J. Chem, Vol. 13, pp. 53-63, (2005).
13. Jung, C. , Jalota, S., Bhaduri, S. B., "Quantitative effects of fuel on the synthesis of Ni/NiO particles using a microwave-induced solution combustion synthesis in air atmosphere", Mater. Lett, Vol. 59, pp. 2426–2432, (2005), https://doi.org/10.1016/j.matlet.2005.03.021.
14. Mote, V. , Purushotham, Y., Dole, B. N., "Williamson-Hall analysis in estimation of lattice strain in nanometer-sized ZnO particles", J. Theor. Appl. Phys, Vol. 6, pp. 1–8, (2012).