[發(fā)明專利]溶劑熱法制備多孔道四氧化三鈷花狀微球的方法

無效

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• 申請日: 2012-10-29
• 公開（公告）號: CN102923791A
• 公開（公告）日: 2013-02-13
• 發(fā)明（設計）人: 施偉東;蔣金輝;張坤;孫紹芳;吳亞帆
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: C01G51/04
• 分類號: C01G51/04;B82Y40/00
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 樓高潮

技術領域

本發(fā)明屬于納米材料合成技術領域，涉及利用溶劑熱法制備形貌均一微球的方法，尤其涉及一種溶劑熱法制備多孔道四氧化三鈷花狀微球的方法。

背景技術

無機納米材料的結構形貌和尺寸調控一直吸引著研究者們的廣泛關注，目的是使材料性能更優(yōu)異。近年來，多孔無機材料在材料研究中已得到特別的關注，這主要是由于其在不同的領域具有潛在的應用前景。最近孔狀材料以其在催化、傳感器、燃料電池、超級傳導器等領域的潛在應用成為了研究熱點。如鋰離子電池、離子交換和催化過程等。作為重要的過渡金屬氧化物半導體材料的氧化鈷（CoO）具有2.4ev的光學帶隙，而光學帶隙在1.48ev至2.19ev的Co₃O₄，因其在傳感器、非均相催化、磁性材料、太陽能吸收、超級電容器、鋰離子電池的材料等方面的潛在應用，近幾年已經有了廣泛的研究。由于其電容量有較高的理論值，納米結構的Co₃O₄被普遍認為是下一代鋰離子電池的電極材料。因此，大量的研究工作已經轉向設計和合成新穎性能優(yōu)異的納米結構Co₃O₄。氧化鈷在催化反應、Li?離子電池、傳感器以及超級電容領域的應用廣泛，各種形貌的Co₃O₄?納米材料已經被成功合成出來，包括納米線、納米棒、納米立方體、納米球、納米花以及納米片。報道的合成方法也有很多，像高溫元素直接合成、微波輔助回流法、微乳法、溶劑/水熱法等等。

直至今天，已經有各種合成不同形貌的理想的微納米的鈷的氧化物了。但是傳統(tǒng)的合成三維結構材料的方法需要各種模板，而這些模板不容易除去，這嚴重影響了合成材料的性能。因此，開發(fā)出簡易的通過無模板的方法來合成三維材料是十分必要的。但是，發(fā)展一種簡單且可靠的合成方法制備有特定組成且形貌可控的孔狀材料仍然是很大難題。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于提供一種工藝簡單、合成溫度較低的四氧化三鈷花狀球的制備方法。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術方案是將硝酸鈷、硝酸銅、乙二醇和氨水混合均勻并轉移至聚四氟乙烯內襯的反應釜中，經高溫溶劑熱反應后，將溶劑熱產物離心分離、洗滌、真空干燥后在管式爐內煅燒制得。

溶劑熱法制備多孔道四氧化三鈷花狀微球的方法，包括如下步驟：

步驟A、將硝酸鈷和硝酸銅加入到乙二醇中，混合均勻；

步驟B、再加入氨水，攪拌成均勻混合體系；

步驟C、將混合體系轉移至聚四氟乙烯內襯的反應釜中，在160~200℃恒溫12h，自然冷卻后得到溶劑熱產物；

步驟D、將上述得到的溶劑熱產物進行離心分離，離心后的固體產物用無水乙醇和去離子水分別洗滌3次；

步驟E、將所述的固體產物在真空干燥箱內60~80℃干燥6~12h得到前驅物；

步驟F、將所述前驅物置于管式爐內以N₂保護300～500℃煅燒3h。

在本發(fā)明的一個優(yōu)選例中，所述的反應物按照硝酸鈷：硝酸銅：乙二醇：氨水的比例為2mol：0.5~1mol：35L：1~2L混合。

在本發(fā)明的又一優(yōu)選例中，所述步驟B中氨水的重量百分比濃度為25~28wt%。

本發(fā)明參與反應的試劑均為分析純，市售。

按照本發(fā)明公開的方法制得的多孔道四氧化三鈷花狀微球，是由厚度為10~20nm的四氧化三鈷納米片自組裝形成，花狀微球的直徑為0.8~1.2微米。

本發(fā)明中氧化鈷(Co₃O₄)結構由X-射線衍射儀確定，X-射線衍射圖譜表明，由液相反應與自組裝技術相結合技術制備的氧化鈷(Co₃O₄)為尖晶石結構，圖譜中沒有其它物質的峰存在，說明產物為純相Co₃O₄。

場發(fā)射掃描電鏡測試表明，液相反應與自組裝技術相結合制備的氧化鈷(Co₃O₄)花狀球的直徑0.8~1.2微米，是由厚度為10~20nm的納米片自組裝形成。

有益效果