Сульфид никеля привлекает огромное внимание благодаря своим уникальным свойствам, в том числе благодаря существованию перехода металл - изолятор, фазового превращения парамагнетик-антиферромагнетик, и использованию в качестве катализатора для реакции дегидросульфирования. Разработано множество методик получения наноматериалов на основе сульфида никеля с различной морфологией, в том числе наночастиц, полых наносфер, наностержней, нанотрубок, игольчатых наноструктур. Группа китайских учёных получила цепеподобные и игольчатые наноструктуры сульфида никеля, а также исследовала влияние внешних условий на морфологию и магнитные свойства полученных наноматериалов.
Авторы работы использовали наноцепи никеля в качестве прекурсоров, реагирующих с сероводородом, полученным разложением тиомочевины, для синтеза цепеподобных нанотрубок (NiS) и игольчатых наноструктур (Ni3S2). Наноцепи никеля были получены восстановлением NiCl2·6H2O моногидратом гидразина в присутствии поливинилпирролидона при постоянной температуре (рис.1). Молекулы полимера играют роль мягкого темплата. Реакция образования сероводорода и его взаимодействие с никелем представлены на рисунке 2.
Исследователи использовали следующую методику для синтеза цепеподобных нанотрубок сульфида никеля. Хлорид никеля и полимер (0.119 и 1.66 гр, соответственно) растворяли в 40 мл этиленгликоля. Затем к этой смеси по каплям добавляли при комнатной температуре раствор моногидрата гидразина (2.6 мл) в этиленгликоле (4 мл) при быстром перемешивании. Потом раствор нагревали до 158°С при постоянном перемешивании и выдерживали при данной температуре в течение 3 часов. Затем был добавлен раствор тиомочевины (0.114 гр) в этиленгликоле (16 мл), и при постоянном перемешивании смесь выдерживали в течение 7 часов. После того, как формировался чёрно-коричневый осадок нанотрубок дисульфида никеля, его центрифугировали, промывали несколько раз абсолютированным спиртом и высушивали в вакууме при температуре 60°С в течение 2 часов. Сульфид никеля с игольчатой структурой был получен аналогичным способом при добавлении большего количества тиомочевины (0.167 гр). Так же был проведён опыт с 0.137 гр тиомочевины на 0.142 гр хлорида никеля.
По данным РФА (рис.3) были рассчитаны параметры кристаллической решётки: для NiS a=5.64 A, α=116.54°, для Ni3S2 a=5.76 A, c=7.14 A, что хорошо согласуется с ранее опубликованными данными.
Морфология полученных образцов представлена на рисунках 4-6. Нанотрубки цепеподобного сульфида никеля имеют длину ~10µ и диаметр от 280 до 320 нм, при этом толщина стенок составляет 80-100 нм. Концы нанотрубок открыты (рис.4,5). Игольчатые наноструктуры сульфида никеля обладают тонкими отростками длиной 500-1000 нм с достаточно маленьким ядром диаметром ~200 нм. Основание игл имеет ~40 нм в диаметре, а верхняя часть - ~20 нм (рис.6).
Образцы, полученные в различных условиях, отличаются по своей микроструктуре от двух рассмотренных. При изменении концентрации тиомочевины процесс синтеза идёт по двум механизмам одновременно: образование цепеподобных нанотрубок и рост на них игольчатых наноструктур (рис.7). При повышении температуры синтеза происходит образование сфер (рис.8)
Авторы исследования предложили также модель образования той и другой структуры (рис.9) и провели измерения магнитных свойств в зависимости от температуры и внешнего поля (рис.10,11). Они обнаружили, что наноструктурированный Ni3S2 обладает на порядок более высокой намагниченностью насыщения (~1.8 emu/g), чем NiS (~0.14 emu/g). Авторы планируют дальнейшее изучение ферромагнетизма этих материалов.
