[發明專利]一種錳鈷復合氧化物MnCo2O4磁性納米晶及其制備方法

有效

• 申請號: 201310034036.7
• 申請日: 2013-01-29
• 公開（公告）號: CN103073072A
• 公開（公告）日: 2013-05-01
• 發明（設計）人: 閆東偉;武英;周少雄
• 申請（專利權）人: 安泰科技股份有限公司
• 主分類號: C01G51/00
• 分類號: C01G51/00;B82Y40/00
• 代理公司: 北京中安信知識產權代理事務所(普通合伙) 11248
• 代理人: 張小娟

技術領域

本發明屬于鎳、鈷或鐵的無機氧化物活性物質技術領域，具體涉及錳鈷復合氧化物MnCo₂O₄納米晶及其制備方法。

背景技術

MnCo₂O₄尖晶石結構具有獨特的結構特性以及優異的磁性、光學、催化以及電化學性能等，使其在催化、傳感、鋰離子電池、固體燃料電池等領域存在著廣泛的應用前景。眾所周知，MnCo₂O₄尖晶石結構的性能與其形貌、顆粒大小密切相關，納米化的MnCo₂O₄尖晶石結構由于具有巨大的比表面積，其性能將會大大提高。如美國斯坦福大學戴宏杰教授領導的課題組，以石墨烯為模版，采用兩步法制備了MnCo₂O₄尖晶石結構納米顆粒，使其氧化還原電催化活性大大提高。但由于石墨烯較為昂貴，方法復雜，很難實現大規模的工業化生產，從而限制了該方法的應用。而傳統的納米材料制備方法，如固體燒結法、化學共沉淀法、原子沉積法等，要么很難控制樣品的結構、形貌、尺寸等、要么工藝復雜、造價昂貴。因此需要進一步探索使MnCo₂O₄納米化的簡單易行的方法。

水熱合成法是指將在常溫常壓下不易被氧化的物質或不易合成的物質，通過置于密閉的高溫高壓條件下來加速反應的進行，其主要特點是：（1）在水溶液中混合均勻；（2）水隨溫度升高和自生壓力增大變成一種氣態礦化劑，具有非常的解聚能力。水熱反應物在一定礦化劑存在下，化學反應速度快，能制備出多組分或單一組分的超微結晶粉末；（3）離子能夠比較容易地按照化學計量反應，晶粒按其結晶習性生長，在結晶過程中，可把有害雜質自排到溶液中，生成純度較高的結晶粉末。由于上述特點，利用水熱合成法所制得的粉體粒度小，粒度分布范圍窄，結晶良好且分散性好，并能較好地控制粒子大小、形貌和粒度分布。因此，水熱合成法受到了人們的廣泛關注，是一種具有工業化實用前景的制備方法。但是，使用水熱合成法制備納米MnCo₂O₄的技術內容，至今還未見報道。

發明內容

針對上述問題，本發明的目的在于提供一種錳鈷復合氧化物MnCo₂O₄磁性納米晶及其制備方法，該制備方法簡單易行，便于在常規實驗條件下制備錳鈷復合氧化物MnCo₂O₄磁性納米晶，且通過本發明所制備的錳鈷復合氧化物MnCo₂O₄磁性納米晶粒度均一，形貌規則、結晶度好、原子配比可控，并且具有良好的磁性能。

為實現上述發明目的，本發明提供了如下技術方案：

一種錳鈷復合氧化物MnCo₂O₄磁性納米晶的制備方法，其中，該制備方法采用水熱合成法，具體包括如下步驟：

（1）按反應物的摩爾比為n_KMnO4:n_Mn(Ac)2:n_Co(Ac)2=2:3:10稱取適量的高錳酸鉀、乙酸錳和乙酸鈷，加入純水，攪拌使反應物混合均勻，形成反應混合物；

（2）把所述反應混合物轉入一高壓反應容器中，密封該高壓反應容器，放入烘箱中，在150℃-200℃的溫度下保持一定時間進行水熱反應，所述水熱反應時間為10-24小時，然后取出該高壓反應容器；

（3）冷卻后，打開上述高壓反應容器，對反應物進行離心分離，并用純水洗樣品，得到黑色沉淀，再進行真空干燥，所得到的黑色粉末即為所述MnCo₂O₄磁性納米晶。

該制備方法發生如下氧化還原反應：

2KMnO₄+3Mn(Ac)₂+10Co(Ac)₂+12H₂O=5MnCo₂O₄+2KAc+24HAc。

所述高壓反應容器為聚四氟乙烯-不銹鋼高壓反應釜、不銹鋼高壓反應釜、磁力攪拌高壓反應釜中的一種。

乙酸錳與乙酸鈷可分別由硝酸錳、硝酸鈷代替。

所述步驟（2）中，所述溫度為180℃。

所述步驟（2）中，所述水熱反應時間15-20小時。

所述KMnO₄的濃度小于0.5M。

所述純水為Milli-Q水。