[發明專利]具有高比表面積和晶化孔壁的介孔Co3O4材料及其制備方法和應用

無效

• 申請號: 201310240026.9
• 申請日: 2013-06-17
• 公開（公告）號: CN103274482A
• 公開（公告）日: 2013-09-04
• 發明（設計）人: 王永霞;崔香枝;施劍林;陳立松
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海硅酸鹽研究所
• 主分類號: C01G51/04
• 分類號: C01G51/04;B01J23/75
• 代理公司: 上海瀚橋專利代理事務所(普通合伙) 31261
• 代理人: 曹芳玲;鄭優麗

技術領域

本發明涉及一種孔道有序性良好、比表面積較高的介孔Co₃O₄材料的制備方法，并將其應用于NO催化氧化。屬于無機納米材料制備和應用領域。

背景技術

Co₃O₄作為非貴金屬氧化物材料，是一種重要的功能材料，廣泛地應用于超級電容器及催化劑等領域。研究結果表明，汽車尾氣CO在Co₃O₄納米棒的催化作用下，低溫與氧氣發生反應，生成CO₂。

近年來，介孔材料引起人們的廣泛關注，因其具有高比表面積、孔徑分布較窄、孔道高度有序等特點；同時，它的誘人之處還在于其在催化、吸附、分離及載藥等方面的應用。將Co₃O₄制備成介孔材料具有高比表面積、有序孔道結構和可調控的孔徑尺寸，可大大提高Co₃O₄的催化活性。大量的實驗研究表明，介孔材料相對非介孔材料而言，前者因具有更多的催化活性位點，可大大提高材料的催化能力。因此，提高Co₃O₄有效比表面積，以及優化Co₃O₄材料的簡易化制備工藝，對于Co₃O₄材料催化性能優勢的發揮和應用具有至關重要的作用。近幾年發展起來的硬模板法可實現模板的完美復型，制備出高比表面積和孔道有序的介孔Co₃O₄材料。例如中國專利CN101717124B公開一種立方相介孔結構鈷酸鹽三元氧化物的制備方法，該方法以三維立方孔道結構（Ia3d）的介孔二氧化硅（KIT-6）為模板，采用硬模板法制備；中國專利CN100575266C公開一種利用硬模板合成有序介孔氧化錳或氧化鈷的方法，該方法以多面體狀有序介孔二氧化硅（SBA-16）為模板。但以上方法均需要將含有原料的溶液多次浸漬于模板中，工藝較為繁瑣。

發明內容

針對上述問題，本發明的目的在于提供一種制備高比表面積和孔道有序的介孔Co₃O₄材料的方法，以通過條件簡單，簡便快捷，省時省力的方法獲得孔壁晶化度良好的介孔Co₃O₄材料。

在此，本發明提供一種制備具有高比表面積和晶化孔壁的介孔Co₃O₄材料的方法，所述方法包括：將包含鈷源的乙醇前驅液與具有三維立方孔道結構的介孔二氧化硅模板混合攪拌直至溶劑揮干，以通過一步納米灌注法使所述前驅液完全灌注至所述模板的介孔孔道中從而制得前驅體/模板復合物；將所述前驅體/模板復合物進行熱處理以制得Co₃O₄/模板復合物；以及用強酸或強堿去除所述Co₃O₄/模板復合物中的所述模板以制得所述介孔Co₃O₄材料。

本發明的方法以具有Ia3d結構的介孔二氧化硅（KIT-6）為模板，通過簡單的一步納米灌注的方式將金屬鹽前驅液澆注到模板的介孔孔道中，通過一定的熱處理條件制備出高比表面積及孔徑分布較窄的介孔Co₃O₄材料。并且該技術方法有效避免了Co₃O₄材料制備過程中的繁瑣步驟，簡便快捷，省時省力，同時獲得了孔壁晶化度良好的介孔Co₃O₄材料。

在本發明中，所述鈷源是易溶于乙醇的鈷鹽，優選為硝酸鈷和/或乙酸鈷、氯化鈷。

在所述乙醇前驅液中，所述鈷源的濃度可以為150～160g/L。

又，所述鈷源與所述模板的質量比可以為4:1～5:1。

本發明采用具有Ia3d結構的介孔二氧化硅（KIT-6）為模板，此步技術簡單方便，KIT-6三維連通的孔道結構且具有良好的水熱穩定性，可用于制備需高溫成形的結晶復合氧化物。

又，通過采用上述模板和溶劑，以納米灌注的方法利用毛細管力將鈷前驅體充分灌注到介孔二氧化硅模板材料的孔道中。一次灌注即可使前驅體溶液進入到模板孔道中，避免了兩次甚至多次灌注，省時省力。