¿Para qué se utiliza el óxido de níquel(III)?

Óxido de níquel(III) es un compuesto inorgánico con la fórmula molecular Ni₂O₃. No está bien caracterizado y a veces se le refiere como óxido de níquel negro. Se menciona que hay trazas de Ni₂O₃ en la superficie del níquel.

Desde principios de los años 30 del siglo pasado, las investigaciones teóricas sobre el óxido de níquel han confirmado su inestabilidad a temperaturas estándar. En 2015, la fase pura de este material se sintetizó y se estabilizó como una nanoestructura mediante la reacción de nitrato de níquel(II) con hipoclorito sódico, caracterizada utilizando difracción de rayos X en polvo y microscopía electrónica. El Óxido de níquel(III) se utiliza principalmente como pigmento de color para cerámicas, vidrio y esmaltes, y también se puede utilizar en la producción de polvo de níquel y en la investigación de materiales magnéticos.

¿Para qué se usa el Óxido de níquel(III)?

Aplicación en Almacenamiento de Energía

El Óxido de níquel(III) se puede usar como material para componentes electrónicos y baterías. Por ejemplo, sus fuertes propiedades oxidantes se utilizan para producir baterías alcalinas de níquel-cadmio y baterías de alta energía para satélites artificiales y naves espaciales. Ejemplos específicos de aplicación incluyen:

Supercapacitores Simétricos

El uso de frecuencia ultrasónica para sintetizar materiales electrodos promueve la correcta nucleación y crecimiento de los materiales electrodos en el sustrato. Los colegas de A.V. Thakur prepararon electrodos Ni₂O₃:Fe_1.7Ni_1.43O₄ (N100) utilizando un método novedoso de deposición química en baño ultrasónico (UCBD). La formación del material fue confirmada por Difracción de Rayos X, y se verificó más aún por análisis EDX. El ángulo de contacto de 15° confirmó la hidrofilicidad. El SEM mostró nanopartículas interconectadas de diversos tamaños. El tamaño promedio de las granulaciones y la rugosidad superficial fueron de 90 nm y 100 nm, respectivamente, confirmando la formación de capas unitarias. Los supercapacitores simétricos preparados exhibieron una capacitancia específica máxima de 202,00 Fg^-1, conservando casi el 83% de la capacitancia incluso después de 2000 ciclos.

Baterías Recargables de Zinc-Aire

El desarrollo de electrocatalizadores multifuncionales de múltiples componentes es crítico para la comercialización de baterías de zinc-aire de alto rendimiento. Los colegas de Minghui Wan prepararon óxidos de níquel-hierro soportados en espuma de carbono, con nanotubos de carbono en forma de bambú dispersos dentro, como electrocatalizadores bifuncionales para tales baterías. Durante el proceso de síntesis a alta temperatura, los bordes de las láminas de carbono que constituyen la estructura de la espuma de carbono se enrollan para formar nanotubos de carbono cortos. El material compuesto de nanotubos de carbono y red de carbono proporciona al nuevo material preparado un área de superficie específica alta y alta conductividad eléctrica. La fase de NiFe₂O₄ cargada mejora la actividad de la reacción de reducción de oxígeno (ORR) fijando más átomos de N, mientras que el óxido de níquel de alto valencia (Ni₂O₃) promueve la formación de enlaces O-O, facilitando la reacción de evolución de oxígeno (OER). El material optimizado exhibió una excelente actividad electrocatalítica bifuncional tanto para ORR como para OER, logrando una alta densidad de potencia de 150 mW cm^-2 y estabilidad de descarga prolongada en celdas de baterías de zinc-aire ensambladas.

Papel del Óxido de níquel(III) en Catalisis y Reacciones Químicas

Degradación de Hipoclorito Sódico

El Óxido de níquel(III) puede catalizar la degradación del hipoclorito sódico en solución acuosa, con la siguiente reacción: Ni₂O₃+NaClO→2NiO₂+NaCl, 2NiO₂+NaClO→Ni₂O₃+NaCl+2[O]. De esta manera, puede evitar la fotodecomposición del hipoclorito sódico que produce gas HCl, que es dañino para el medio ambiente, lo que lo hace adecuado para el tratamiento de aguas residuales que contienen hipoclorito, con una demanda significativa en industrias como la fabricación de papel y la galvanoplastia. Además, puede mejorar la eficiencia del rendimiento oxidante del hipoclorito sódico. Los radicales de oxígeno producidos por la degradación del hipoclorito catalizada por Ni₂O₃, junto con el dióxido de níquel generado en el proceso, poseen fuertes propiedades oxidantes, lo que los hace adecuados para reacciones de oxidación en el tratamiento de aguas residuales, capaces de degradar la COD.

Síntesis Orgánica

Se ha demostrado que el Ni₂O₃ presenta actividad catalítica en diversas reacciones orgánicas, incluyendo reacciones de oxidación y condensación. Sus características de superficie únicas y estado de oxidación ajustable proporcionan ventajas potenciales para lograr altas selectividades y conversiones orgánicas eficientes.

Aplicación en Materiales Cerámicos Avanzados

Cerámicas Dieléctricas

Las cerámicas dieléctricas son ampliamente valoradas por permitir gradientes de voltaje altos y miniaturización en sistemas de potencia pulsada. Los colegas de Ye Huang prepararon cerámicas dieléctricas basadas en Al₂O₃-SiO₂-TiO₂ dopadas con x wt% Ni₂O₃ utilizando una reacción sólida convencional. El estudio encontró que con la dopante de Ni₂O₃, las cerámicas dieléctricas basadas en Al₂O₃-SiO₂-TiO₂ se volvieron más densas, con una distribución de fases más uniforme. Para el componente x=2.0, la resistencia de ruptura dieléctrica aumentó hasta 82,1 kV/mm, más del doble de la resistencia de ruptura dieléctrica del material sin dopar. La dopante de Ni₂O₃ es una forma factible de mejorar la resistencia de ruptura dieléctrica y optimizar las propiedades dieléctricas de las cerámicas dieléctricas basadas en Al₂O₃-SiO₂-TiO₂.

Cerámicas Sensibles a la Presión

Las cerámicas sensibles a la presión de SnO₂, con sus características no lineales, son uno de los nuevos materiales más prometedores para varistores de alta tensión y alta corriente. Sin embargo, los varistores de SnO₂ aún tienen problemas con una alta corriente de fuga y coeficientes de no linealidad bajos. Para abordar estos problemas, los colegas de Shaohua Fan estudiaron los efectos de diferentes contenidos de Ni₂O₃ en las propiedades eléctricas y microestructura del sistema SnO₂·MnO₂·ZnO·Ta₂O₅. El estudio encontró que la muestra tenía las mejores propiedades eléctricas (gradiente de voltaje de 563 V/mm, corriente de fuga de 8,87 μA/cm², y coeficiente de no linealidad de 38,5) cuando se añadió 0,2 mol% de Ni₂O₃. Esta investigación es de referencia para explorar varistores de SnO₂ de alta no linealidad y baja corriente de fuga.

Remediación Ambiental

Los nanopartículas de Ni₂O₃ tienen la capacidad de adsorber eficazmente varios contaminantes del agua, incluyendo tintes, metales pesados y sustancias orgánicas. Esta propiedad les confiere aplicaciones potenciales significativas en tecnologías de tratamiento de agua. Los colegas de Sayan Dey utilizaron Ni(NO₃)₂·6H₂O, NaOH y hipoclorito sódico como materiales precursores para obtener nanopartículas de Ni₂O₃ de diversos tamaños (25,8 a 49,7 nm) a través de un simple proceso de oxidación a diferentes temperaturas (0°, 25°, 50° y 70°C). Descubrieron que era posible eliminar cromo tóxico (VI) de soluciones acuosas (20 g L^-1).

¿Es el óxido de níquel peligroso?

El Óxido de níquel(III) es irritante y corrosivo, y debe evitarse el contacto con piel, ojos y vías respiratorias. La exposición al óxido de níquel puede desencadenar reacciones cutáneas alérgicas, y la inhalación puede aumentar el riesgo de cáncer. El contacto prolongado o repetido puede dañar órganos internos. Según el estándar de comunicación de peligros de OSHA de 2012, la sustancia también se reconoce como peligrosa.

Precauciones de Seguridad

Manipulación y Almacenamiento

Precauciones de Manipulación

Al manipular, se deben tomar medidas de operaciones cerradas y ventilación localizada. Los operadores deben recibir capacitación especial y seguir estrictamente las instrucciones de operación. Se recomienda usar máscaras protectoras (máscaras faciales completas), trajes de protección integrales y guantes de caucho para prevenir la generación de polvo y evitar el contacto con sustancias ácidas. Maneje con cuidado para evitar dañar el embalaje y los contenedores. Se debe proporcionar equipo de respuesta a derrames de emergencia. Tenga en cuenta que los contenedores vacíos pueden aún contener sustancias dañinas.

Precauciones de Almacenamiento

Guarde en un almacén fresco y ventilado, alejado de fuentes de fuego y calor. Debe almacenarse por separado de ácidos y productos químicos comestibles, y está prohibido el almacenamiento mixto. El área de almacenamiento debe estar equipada con materiales adecuados para contener fugas.

Medidas de Primeros Auxilios

Contacto con la Piel:

Quite la ropa contaminada y enjuague con abundante agua corriente. Busque atención médica.

Contacto con los Ojos:

Eleva los párpados y enjuaga con agua corriente o salina. Busque atención médica.

Inhalación:

Mueva a la persona al aire fresco. Si la respiración es difícil, administre oxígeno. Busque atención médica.

Ingestión:

Beba abundante agua tibia y provoque el vómito. Busque atención médica.

Referencias:

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[3] https://baike.baidu.com/item/%E4%B8%89%E6%B0%A7%E5%8C%96%E4%BA%8C%E9%95%8D

[4] https://en.wikipedia.org/wiki/Nickel(III)_oxide

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[7] Fan S, Liang W, Xie Q, et al. Características eléctricas de las cerámicas sensibles a la presión de SnO₂ dopadas con Ni₂O₃ [J]. Ciencia de Materiales en Procesamiento de Semiconductores, 2021, 121: 105418.

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