酸化ニッケル(II)

酸化ニッケル(II)は、化学式NiOで表される化合物です。ニッケルの主要な酸化物です。^{[ 4 ]}塩基性金属酸化物に分類されます。主にニッケル合金の製造における中間体として、年間数百万キログラムが様々な品質で生産されています。^{[ 5 ]} NiO の鉱物形態であるブンゼナイトは非常に稀です。他のニッケル(III)酸化物も報告されています。例えば、Ni₂ O₃とNiO₂、しかし証明されていない。 ^{[ 4 ]}

NiO は複数の方法で製造できます。 ニッケル粉末を 400 °C 以上に加熱すると、酸素と反応してNiO が生成されます。一部の商業プロセスでは、ニッケル粉末と水の混合物を 1000  °C で加熱することにより緑色の酸化ニッケルが製造されます。この反応の速度は、NiOを添加することで増加させることができます。^{[ 6 ]}最も単純で成功している製造方法は、水酸化物、硝酸塩、炭酸塩などのニッケル (II) 化合物の熱分解によるもので、淡緑色の粉末が得られます。^{[ 4 ]}元素から合成する場合、金属を酸素中で加熱すると、非化学量論性を示す灰色から黒色の粉末が得られます。^{[ 4 ]}

NiOはNaCl構造をとり、Ni²⁺とO²⁻のサイトは八面体である。この^概念的に単純な構造は^、一般的に岩塩構造として知られている。他の多くの二元金属酸化物と同様に、NiOはしばしば非化学量論的であり、Ni:O比が1:1からずれている。酸化ニッケルでは、この非化学量論性によって色の変化が生じ、化学量論的に正しいNiOは緑色、非化学量論的なNiOは黒色となる。

NiOにはさまざまな特殊用途があり、一般的に、用途は特殊用途向けの比較的純度の高い材料である「化学グレード」と、主に合金の製造に使用される「冶金グレード」に分けられます。セラミック産業では、フリット、フェライト、磁器釉薬の製造に使用されます。焼結酸化物は、ニッケル鋼合金の製造に使用されます。シャルル・エドゥアール・ギヨームは、インバーとエリンバーと名付けたニッケル鋼合金の研究で、1920年のノーベル物理学賞を受賞しました。

NiOは薄膜太陽電池で一般的に使用される正孔輸送材料です。^{[ 7 ]}また、エジソン電池としても知られるニッケル鉄電池の構成要素であり、燃料電池の構成要素でもあります。特殊化学品や触媒として使用される多くのニッケル塩の前駆体です。最近では、環境に優れたNiMH電池が開発されるまで、多くの電子機器に見られるNiCd充電式電池の製造にNiOが使用されていました。 ^{[ 6 ]} 陽極エレクトロクロミック材料であるNiOは、相補型エレクトロクロミックデバイスにおいて、陰極エレクトロクロミック材料である酸化タングステンとの対向電極として広く研究されています。

年間約4000トンの化学グレードのNiOが生産されている。^{[ 5 ]}黒色のNiOはニッケル塩の前駆体であり、鉱酸処理によって生成される。NiOは多用途の水素化触媒である。

酸化ニッケルを水素、炭素、または一酸化炭素で加熱すると、金属ニッケルに還元されます。高温（700  ℃以上）では、ナトリウムやカリウムの酸化物と結合して、対応するニッケル酸塩を形成します。^{[ 6 ]}

NiOは典型的な反強磁性体であり、材料のネール温度（約523  Kと決定されている）以下では、Ni原子の磁気モーメントが互いに反平行に整列する。^{[ 8 ]}磁気構造は、結晶の(111)面に平行なNi原子の強磁性シートで構成されており、隣接する面間の磁化の方向は反平行で、各Ni原子の磁気モーメントは約1.9ボーア磁子と決定されている。^{[ 9 ]}

NiOは、密度汎関数理論（DFT、局所密度近似に基づく汎関数を使用）やハートリー・フォック理論などの従来のバンド理論的手法が、局在化したバンドに関連する強い相関を説明できないことを示す良い例としてよく挙げられる。${\displaystyle 3d}$材料中の Ni の状態。 「強い相関」という用語は、局所密度近似 (LDA) やハートリー・フォック理論などの単純な一電子理論ではうまく説明できない (多くの場合、定性的にさえ正しく説明できない) 固体中の電子の挙動を指します。^{[ 10 ]}例えば、一見単純な材料 NiO は部分的に満たされた 3d バンド (Ni 原子は 10 個の可能な 3d 電子のうち 8 個を持つ) を持ち、したがって優れた導体であると予想されます。しかし、強いクーロン反発 (相関効果) により、${\displaystyle d}$電子によってNiOはワイドバンドギャップのモット絶縁体となる。したがって、NiOの電子構造は、単純に自由電子的でも完全にイオン的でもなく、両方の混合である。^{[ 11 ] [ 12 ]}

しかし、材料の電子構造のより高度な計算では、実験データとよく一致する結果を再現することができます。たとえば、自己相互作用補正密度汎関数理論^{[ 13 ] [ 14 ] [ 15 ]}、DFT+ハバードU法^{[ 16 ] [ 17 ]}、GW近似^{[ 18 ] [ 19 ]}、DFT+動的平均場理論（DMFT）^{[ 20 ]}、およびハイブリッド交換相関汎関数^{[ 21 ]}はすべて、 NiOのバンドギャップを正確に再現することが示されています。

NiOの長期吸入は肺に損傷を与え、病変や場合によっては癌を引き起こします。^{[ 22 ]}

The calculated half-life of dissolution of NiO in the blood is more than 90 days.^[23] NiO has a long retention half-time in the lungs; after administration to rodents, it persisted in the lungs for more than 3 months.^[24][23] Nickel oxide is classified as a human carcinogen^{[25][26][27][28][29][30]} based on increased respiratory cancer risks observed in epidemiological studies of sulfidic ore refinery workers.^[31]

In a 2-year National Toxicology Program green NiO inhalation study, some evidence of carcinogenicity in F344/N rats but equivocal evidence in female B6C3F1 mice was observed; there was no evidence of carcinogenicity in male B6C3F1 mice.^[25] Chronic inflammation without fibrosis was observed in the 2-year studies.

• mindat.orgのブンゼン派
• ブンセナイト鉱物データ