氧化镍（NiO）是一种重要的过渡金属氧化物，以其独特的p型半导体特性、电致变色和电化学储能性能而闻名。

• p型宽带隙半导体: 这是NiO最核心的特性之一。与大多数天然呈n型的金属氧化物（如ZnO, TiO₂, SnO₂）不同，NiO由于其晶格中固有的镍空位缺陷，是一种天然的p型半导体。这一特性使其在与n型半导体构建p-n异质结方面具有巨大优势。
• 电致变色效应: 这是NiO最重要的应用特性。
  • 原理: 当阳离子（如H⁺, Li⁺）嵌入到NiO的晶格中时，为了维持电荷平衡，部分Ni²⁺会被氧化为Ni³⁺，形成一种深棕色的物质。这个过程是可逆的，当离子被抽出时，材料又会恢复到原来的透明或淡绿色状态。
  • 应用: 这一特性使其成为制造智能窗户、防眩目后视镜等电致变色器件的核心阳极材料（与WO₃等阴极材料配对使用）。
• 反铁磁性: 块材NiO是一种典型的反铁磁性材料，奈尔温度高达523 K。

当NiO的尺寸缩小到纳米尺度时，其由巨大的比表面积主导的纳米效应变得尤为突出。

• 巨大的比表面积效应: 极高的表面原子比例极大增强了表面相关的物理化学过程，使其在电化学储能（超级电容器）、催化和气体传感领域展现出卓越的性能。

对于NiO，通过掺杂或与其它材料复合是进一步调控其电学和催化性能的重要手段。

目标: 进一步提高其空穴浓度和电导率。

• 锂（Li）掺杂: 这是最常用、最有效的掺杂方式。通过在合成过程中引入锂盐，可以将Li⁺离子以替代Ni²⁺的形式掺入。由于Li⁺比Ni²⁺少一个正电荷，为了维持电荷平衡，部分Ni²⁺会被氧化为Ni³⁺，从而引入额外的空穴，显著增强其p型导电性。

目标: 利用p型的NiO与n型半导体构建高效的p-n异质结。

• NiO/TiO₂/ZnO: 将p型的NiO与n型的TiO₂或ZnO复合，形成p-n异质结。异质结界面处形成的内建电场可以高效地驱动光生电子和空穴向相反方向迁移，从而极大地促进电荷分离，提高光催化和光伏性能。

氧化镍（NiO）纳米颗粒作为一种储量丰富、成本低廉、环境友好的p型半导体，在多相催化和电催化领域展现出巨大的应用潜力。

这是NiO最重要的催化应用之一，特别是在碱性电解水领域。

• 析氧反应 (OER): 在碱性电解水技术中，NiO（及其氢氧化物Ni(OH)₂）是目前性能最好、成本最低的析氧反应（OER）催化剂之一，是替代昂贵的铱和钌的最有希望的候选者。

• 甲烷干法重整: NiO是催化甲烷（CH₄）和二氧化碳（CO₂）反应生成合成气（CO+H₂）的高效催化剂。
• 催化氧化: NiO纳米颗粒在CO氧化、醇类氧化等反应中也表现出优异的催化性能。

氧化镍（NiO）纳米颗粒凭借其独特的p型半导体特性和优异的电催化活性，在电化学生物传感领域，特别是无酶葡萄糖传感方面，具有巨大的应用价值。

这是NiO在生物传感领域最核心、最广泛的应用。

• 原理: 与需要昂贵、不稳定的葡萄糖氧化酶（GOD）的传统血糖仪不同，NiO纳米颗粒修饰的电极，可以在碱性介质中直接电催化葡萄糖的氧化。通过测量该氧化反应产生的电流，即可精确地测定葡萄糖的浓度。
• 优势: 这种无酶传感器具有成本极低、稳定性高、灵敏度高、抗干扰能力强等优点，是下一代连续血糖监测（CGM）系统的理想候选材料。

氧化镍（NiO）纳米颗粒在治疗领域的核心应用是其作为一种广谱、高效、廉价的纳米抗菌剂。

NiO NPs是昂贵的银纳米材料的一种极具潜力的低成本替代品。

• 多重抗菌机理: NiO的强大抗菌活性源于多种机制的协同作用：
  1. 镍离子（Ni²⁺）释放: NiO在水性环境中会缓慢溶解并释放出具有生物活性的镍离子，从而破坏细菌的酶系统和DNA复制。
  2. 活性氧（ROS）生成: NiO表面可以催化产生活性氧（ROS），对细菌的细胞膜、蛋白质和DNA造成氧化损伤。
  3. 物理接触杀伤: 纳米颗粒本身可以通过物理作用附着并破坏细菌的细胞膜。

镍（Ni）及其化合物的毒性是众所周知的，因此氧化镍纳米颗粒的生物安全性是其应用中最受关注和最具挑战性的问题。

• 核心毒性机制: NiO NPs对哺乳动物细胞的毒性，主要来自于其在生理环境中（特别是在酸性的溶酶体中）溶解并释放出的镍离子（Ni²⁺）。Ni²⁺具有很强的细胞毒性，能够诱导剧烈的氧化应激、DNA损伤、蛋白质变性和细胞凋亡。

• 接触性过敏: 镍是最常见的接触性过敏原之一，可导致严重的接触性皮炎。
• 致癌性: 某些镍化合物（特别是通过吸入途径）已被国际癌症研究机构（IARC）列为1类致癌物（对人类有明确的致癌性）。因此，在处理和使用镍纳米颗粒时，必须采取严格的防护措施，防止其吸入。

高质量、尺寸均一的氧化镍纳米颗粒的合成，通常依赖于镍盐在溶液中的可控水解和沉淀，再结合后续的热处理。

这是制备高质量、结晶性良好的NiO纳米颗粒最常用、最经典的方法。

• 原理:
  1. 沉淀: 在水溶液中，向一种可溶性的镍盐（如NiCl₂, Ni(NO₃)₂）溶液中，滴加一种碱（如NaOH, 尿素）作为沉淀剂。这会生成氢氧化镍（Ni(OH)₂）或碳酸镍等前驱体沉淀。
  2. 煅烧: 将得到的沉淀物经过滤、洗涤、干燥后，在空气中进行高温煅烧（通常300-600 °C）。在高温下，前驱体会分解，并直接结晶为NiO纳米颗粒。
• 优势: 这种方法简单、成本低、易于大规模生产。通过调控沉淀和煅烧的条件，可以控制最终NiO纳米颗粒的尺寸和形貌。

将镍的前驱体和其它添加剂的溶液置于高压反应釜中，在一定温度下（通常120-200 °C）直接反应，可以一步法合成出结晶性良好的NiO纳米晶，并可方便地调控其形貌（如纳米片、纳米花）。

对氧化镍纳米颗粒（NiO NPs）的精确表征是评估其电化学和传感性能的关键。对其晶相和电化学性质的表征尤为重要。

• 晶相与晶体结构: X射线衍射 (XRD) 是鉴定NiO晶相的金标准技术。通过对比标准谱图（JCPDS No. 47-1049），可以确认产物是否为纯的立方岩盐相NiO。
• 形貌与尺寸: 透射电子显微镜 (TEM) 是直接观察NiO纳米颗粒尺寸、形貌和晶格结构的金标准。

• 电化学测量:
  • 循环伏安法 (CV): CV曲线上清晰的氧化还原峰是其赝电容行为的直接证据。通过积分CV曲线的面积，可以计算其比电容。
  • 恒电流充放电 (GCD): 通过测量充放电曲线，可以更精确地计算其比电容、能量密度和功率密度。

• 元素组成与化学态: X射线光电子能谱 (XPS)。可以精确分析材料表面的元素组成，并通过分析Ni 2p的高分辨谱，判断镍的氧化态（Ni²⁺, Ni³⁺），这对其电化学和催化性能有至关重要的影响。

氧化镍纳米颗粒的表面工程是其实现高效催化和储能应用的关键，其核心是构建异质结和与导电基体复合。

这是提高其光催化/光伏性能的最有效策略之一。

• p-n异质结: 将p型的NiO与一种n型半导体（如TiO₂, ZnO, CdS）复合，形成p-n异质结。异质结界面处形成的内建电场可以高效地驱动光生电子和空穴向相反方向迁移，从而极大地促进电荷分离，提高光电转换效率。

NiO本身是半导体，其导电性并不理想，这限制了其在高倍率储能应用中的性能。

• 与碳材料复合: 将NiO纳米颗粒负载到高导电性的碳材料（如石墨烯、碳纳米管、活性炭）上，是解决该问题的最有效策略。碳基体不仅可以提供高效的电子传输通道，还可以作为柔性骨架，缓冲NiO在电化学反应过程中的体积变化，从而极大地提高其倍率性能和循环稳定性。