[發明專利]一種蒲公英狀四氧化三鈷的制備方法

有效

• 申請號: 201410189038.8
• 申請日: 2014-05-07
• 公開（公告）號: CN103950993A
• 公開（公告）日: 2014-07-30
• 發明（設計）人: 劉愛鳳;車紅衛
• 申請（專利權）人: 河北工程大學
• 主分類號: C01G51/04
• 分類號: C01G51/04
• 代理公司: 北京科億知識產權代理事務所(普通合伙) 11350
• 代理人: 湯東鳳

技術領域

本發明涉及無機過渡金屬氧化物材料合成技術領域，尤其涉及一種蒲公英狀四氧化三鈷的制備方法。

背景技術

作為一類p型半導體過渡金屬氧化物，四氧化三鈷被廣泛應用于催化劑、磁性半導體、氣體傳感器元件、鋰離子電池材料、超級電容器材料等重要領域。近年來，具有不同形貌結構的四氧化三鈷材料引起人們的極大興趣，已合成了四氧化三鈷納米線、納米棒、納米管、納米立方體、空心球、花狀微球等。其中，花狀微球以其獨特的開放式結構特征如在空間進行定向或非定向排列的納米結構單元，其較高的比表面易產生較多的表面活性位，有利于提高氣-固相反應速率。因此，四氧化三鈷花狀微球在氣敏元器件材料和多相催化劑領域中具有較高的應用前景，成為四氧化三鈷材料的研究熱點。

目前，所報道的花狀四氧化三鈷材料主要由二維納米片組裝而成，而由一維納米棒組裝形成的蒲公英狀四氧化三鈷材料還未見相關報道。此外，花狀四氧化三鈷的合成過程中需要精確調控沉淀劑與鈷鹽的比例，花狀產物重復性較差。因此，設計一種簡單有效、重現性高的合成方法制備由特定組成單元(如納米棒)且形貌可控的花狀四氧化三鈷材料仍然是該領域的技術難題。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種工藝簡單高效、產物形貌重現性好、且由納米棒組裝形成的蒲公英狀四氧化三鈷材料的制備方法。

本發明采用如下技術方案：

本發明的蒲公英狀四氧化三鈷的制備方法的具體步驟如下：

1)將鈷鹽和結構導向劑溶于乙二醇中，形成混合溶液，所述鈷鹽的濃度為5～250mmol/l，所述鈷鹽和結構導向劑的摩爾比為1:0.1～5；

2)將上述混合溶液放入到不銹鋼釜中，然后在130～220℃下進行溶劑熱反應，反應時間為1～24h；

3)溶劑熱反應結束后通過分離、洗滌將所得產物在200～800℃下進行焙燒得到蒲公英狀四氧化三鈷。

步驟1)中，所述的鈷鹽為醋酸鈷、硝酸鈷和氯化鈷中的一種，結構導向劑為十二烷基硫酸鈉。

步驟1)中，優選所述鈷鹽的濃度為30～200mmol/l，所述鈷鹽和結構導向劑的摩爾比為1:0.2～4。更優選所述鈷鹽的濃度為50～150mmol/l，所述鈷鹽和結構導向劑的摩爾比為1:0.3～2。

步驟2)中，優選所述的溶劑熱反應溫度為150～200℃，所述的溶劑熱時間為8～20h。更優選所述的溶劑熱反應溫度為160～190℃，所述的溶劑熱時間為10～15h。

步驟3)中，優選所述的焙燒溫度為250～600℃。更優選所述的焙燒溫度為300～500℃。

本發明的積極效果如下：

本發明所提供的合成蒲公英狀四氧化三鈷的方法其優點在于：

1)本發明提供的制備方法合成了一種新型的由一維納米棒組裝形成的蒲公英狀四氧化三鈷材料，其組成結構不同于目前二維納米片組裝形成的花狀四氧化三鈷材料；

2)本發明通過控制鈷鹽與結構導向劑的摩爾比、溶劑熱熱溫度和時間來調控四氧化三鈷的形貌，調控條件和手段易于實施，且產品形貌重現性好。

3)本發明的制備工藝簡潔，整個工藝過程在反應釜中進行，無需任何復雜設備，是一種簡便高效、價格低廉、環境友好、易于規模化合成的制備蒲公英狀四氧化三鈷材料的制備方法。

附圖說明

圖1為實施例1得到的蒲公英狀四氧化三鈷的XRD譜圖。

圖2為實施例1得到的蒲公英狀四氧化三鈷的SEM圖。

圖3為實施例1得到的蒲公英狀四氧化三鈷的低倍TEM圖。

圖4為實施例1得到的蒲公英狀四氧化三鈷的高倍TEM圖。

圖5為實施例1得到的蒲公英狀四氧化三鈷的氮氣吸附/脫附等溫線圖。

具體實施方式

下面的實施例是對本發明的進一步詳細描述。

實施例1：

稱取0.26g硝酸鈷(Co(NO₃)₂·6H₂O)溶于30ml乙二醇中(Co²⁺濃度為30mmol/l)，然后加入0.05g十二烷基硫酸鈉(SDS，Co²⁺:與SDS摩爾比為1:0.2)，待溶解完全后將溶液轉移至50ml不銹鋼水熱釜,加熱至150℃保溫20h，反應結束后將產物分離、洗滌，干燥，然后在250℃焙燒得到黑色粉末產物。