[發(fā)明專利]一種利用離子液體水界面可控制備鈷/氧化鈷納米膜的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410084433.X
• 申請(qǐng)日: 2014-03-10
• 公開（公告）號(hào): CN103831443A
• 公開（公告）日: 2014-06-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳玉梅;時(shí)建朝;張利偉;張大峰;楊娟;陳萌
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 河南理工大學(xué)
• 主分類號(hào): B22F9/24
• 分類號(hào): B22F9/24;B22F1/00;C30B29/02;C30B27/00;C30B33/02;B82Y40/00
• 代理公司: 北京科億知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11350
• 代理人: 湯東鳳

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及納米材料技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種利用離子液體水界面可控制備鈷/氧化鈷納米膜的方法。

背景技術(shù)

納米結(jié)構(gòu)材料因其獨(dú)特的物理化學(xué)性能，在科學(xué)研究和工業(yè)應(yīng)用方面顯示潛在的應(yīng)用前景，通過合適的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)納米結(jié)構(gòu)材料的可控和連續(xù)性制備仍是各個(gè)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。鈷產(chǎn)量的80％用于生產(chǎn)各種合金，它們?cè)诖拧⒂捕取⒛蜔帷⒛湍p和抗腐蝕等方面有比較好的性質(zhì)；人工放射性同位素鈷60可代替X射線，也用來治療癌癥；鈷化合物用于醫(yī)藥、顏料、催干劑、催化劑和陶瓷釉料等，如維生素B₁₂就是一種鈷化物。金屬鈷在電化學(xué)研究中是重要的電極材料，被廣泛應(yīng)用于電鍍、化學(xué)能源以及電催化等方面的研究。開展在金屬鈷表面上各種吸附物種行為的研究，對(duì)催化機(jī)理、電極界面過程等的理解和認(rèn)識(shí)具有十分重要的意義。如Co和Co基合金及氧化物被廣泛作為磁性材料和催化劑。

納米薄膜可分為兩類：（1）由納米粒子組成（或堆砌而成）的薄膜；（2）納米粒子間有較多的空隙或無序原子或另一種材料，即納米復(fù)合薄膜。納米薄膜的制備大致可分為物理方法和化學(xué)方法兩大類。物理方法主要采用光、電、磁、力等技術(shù)使材料在真空或惰性氣氛中蒸發(fā)，形成納米尺度的超細(xì)微粒，然后在基片上聚集成膜，物理法主要有真空蒸發(fā)、濺射和離子鍍膜法等。采用物理方法可實(shí)現(xiàn)多種金屬及合金納米薄膜的制備，如利用濺射法可得到多種納米金屬，包括常規(guī)蒸發(fā)法較難實(shí)現(xiàn)的高熔點(diǎn)金屬，并可得到多組員的化合物納米微粒。然而，物理方法一般需要在特殊的設(shè)備條件下進(jìn)行，并且制備條件要求苛刻。化學(xué)方法不同于物理法主要在制備中伴隨有化學(xué)反應(yīng)，化學(xué)法主要有電化學(xué)合成（電沉積和電化學(xué)氧化還原）、自組裝技術(shù)、氣相沉淀法、化學(xué)沉淀法、水熱合成法和溶膠凝膠法等。其中液相還原法和電化學(xué)沉積技術(shù)是實(shí)現(xiàn)金屬納米材料常用的方法。電化學(xué)沉積法利用電化學(xué)方法將金屬原子沉積到導(dǎo)電基底上形成不同形貌的納米結(jié)構(gòu)薄膜，通過改變電沉積技術(shù)，鍍液組成、沉積條件等控制薄膜表面粗糙度、厚度和納米顆粒的結(jié)構(gòu)和尺寸，但電沉積制備納米膜依賴于基底，膜不能獨(dú)立形成。而液相氧化還原法（如多元醇法、模板合成法等）是合成金屬納米材料最常用的方法，在液相條件下（如水溶液或有機(jī)溶液中）通過選擇合適的保護(hù)劑和還原劑實(shí)現(xiàn)金屬納米材料的制備，并且可通過模板（如軟模板微乳結(jié)構(gòu)或多孔氧化鋁模板等）實(shí)現(xiàn)多種金屬納米結(jié)構(gòu)的控制，且液相還原法具有設(shè)備簡(jiǎn)單、易操作、可調(diào)性與多樣性、易于工業(yè)化等特點(diǎn)具有廣闊的前景。盡管液相法在制備納米結(jié)構(gòu)（如0維納米顆粒和一維納米管/線）等方面應(yīng)用廣泛，但對(duì)二維納米膜的控制研究較少，并且液相條件下金屬納米材料的制備過程中，往往要加入單保護(hù)劑或多種保護(hù)劑保持金屬納米結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定存在，保護(hù)劑吸附在金屬納米顆粒表面阻止其團(tuán)聚，保護(hù)劑常采用具有長鏈結(jié)構(gòu)的高分子結(jié)構(gòu)，一方面會(huì)造成環(huán)境的污染，另一方面保護(hù)劑在金屬納米顆粒表面的吸附會(huì)造成在洗滌的過程中金屬納米材料損失嚴(yán)重，洗滌不充分。要獲得表面清潔、結(jié)構(gòu)可控、穩(wěn)定和產(chǎn)率高的納米結(jié)構(gòu)材料，必須對(duì)現(xiàn)有的合成方法進(jìn)行優(yōu)化組合，同時(shí)應(yīng)該努力尋找一些新方法。

近些年來，室溫離子液體因其獨(dú)特的性能，如高極化特性(RTIL)、可忽略的蒸汽壓、寬的電化學(xué)窗口和良好的熱穩(wěn)定性被作為“綠色溶劑”被廣泛應(yīng)用于納米結(jié)構(gòu)材料的制備。金屬及合金納米結(jié)構(gòu)材料的制備中，離子液體作為溶劑或保護(hù)劑，適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)合成方法和通過合適的后處理，可實(shí)現(xiàn)納米金屬及合金氧化物材料的制備。

離子液體可通過其陰陽離子在金屬表面的吸附使金屬納米材料穩(wěn)定存在或阻止其團(tuán)聚，其中離子液體通過在金屬顆粒表面的吸附性能形成靜電保護(hù)層或通過吸附離子的“體積效應(yīng)”實(shí)現(xiàn)金屬納米離子的穩(wěn)定存在。同時(shí)離子液體因其良好的溶解性能和離子化功能作為表面活性劑和結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑在納米結(jié)果材料的表面特性、粒徑和結(jié)構(gòu)控制方面發(fā)揮重要的作用。離子液體可直接作為溶劑或輔助劑結(jié)合傳統(tǒng)的合成方法實(shí)現(xiàn)納米結(jié)構(gòu)材料可控制備。Yu等人合成了水溶性的和穩(wěn)定的Ni納米顆粒并對(duì)其選擇性的催化加氫性能進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果顯示良好的催化活性。利用離子液體在金屬顆粒表面的弱吸附特性，可實(shí)現(xiàn)金屬納米顆粒的“清潔”制備，如利用離子液體作為保護(hù)劑合成了高分散的納米Pd/C催化劑，因其離子液體和Pd顆粒弱的相互作用，Pd顆粒表面吸附的離子液體容易清洗，結(jié)果顯示此方法合成的Pd/C催化劑顯示比傳統(tǒng)有機(jī)保護(hù)劑增強(qiáng)的甲醇氧化電催化活性（1.6倍）。同時(shí)，在離子液體體系可實(shí)現(xiàn)合金納米顆粒的制備，如CoPt等。研究表面離子液體體系中存在納米膠束和其他定向結(jié)構(gòu)。