[發明專利]一種四氧化三鈷介孔納米片的制備方法

有效

• 申請號: 201410741019.1
• 申請日: 2015-01-06
• 公開（公告）號: CN104478006B
• 公開（公告）日: 2017-01-25
• 發明（設計）人: 胡秀蘭;黃惠洪
• 申請（專利權）人: 南京工業大學
• 主分類號: C01G51/04
• 分類號: C01G51/04;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 北京金智普華知識產權代理有限公司11401
• 代理人: 于永進

技術領域

本發明屬于納米無機功能材料領域，具體涉及一種四氧化三鈷(Co₃O₄)介孔納米片的制備方法。

背景技術

Co₃O₄晶體屬于AB₂O₄尖晶石結構，其中二價鈷離子組成的四面體與三價鈷離子組成的八面體均被氧原子所包圍，氧原子在其作立方晶體緊密堆積，晶體場穩定、化學能較高，有利于離子擴散，是一種重要的磁性P型功能材料，也是目前制備鋰離子電池的主要原料。

納米Co₃O₄材料具有良好的催化性能和電化學性能，被廣泛應用在氣敏傳感器、生物細胞傳感器、超級電容器和鋰離子(空氣)電池等方面。目前，關于Co₃O₄納米材料的合成已經有了很多相關報道。比如，KE等以六水合氯化鈷、鄰二氮雜菲和硼氫化鈉為原料，采用熔鹽法成功合成了分散性好的、直徑為150nm、長度在2μm左右的棒狀Co₃O₄，該方法有效降低了因Co的磁性而引起的團聚，使產物分散性好，但是該制備工藝繁雜，且無機鹽的引入使產物純度減低。Ghosh等采用熱分解技術獲得了具有良好反磁性的Co₃O₄粉體，但該方法需要較高溫度，且產物分散性不好，形貌難以控制。Karthick等采用溶膠-凝膠法制備出尺寸為2μm且均一的Co₃O₄小球，但此方法工藝繁瑣，且費時較長。Vijayakumar等以硝酸鈷為鈷源，氨水為沉淀劑，微波加熱5分鐘后得到前驅體，熱處理后得到了目標產物Co₃O₄，但是該方法制得的產物結晶性不好。Hui等使用硝酸銨為沉淀劑，在加入泡沫鎳片為模板的條件下，延長了微波加熱時間1～4小時，得到了結晶性較好的Co₃O₄納米線。LI等采用溶液法以六水合氯化鈷為原料，NaOH為沉淀劑，通過控制反應條件，如溫度、氫氧根濃度等制備了各種形貌的Co₃O₄納米材料。

盡管已經有了很多合成報道，然而現有工藝都或多或少的存在一些不足，突出表現在產品純度不夠、結晶性不佳、分散性不好、比表面積較低、和/或工藝繁雜等。源于結構對材料性能和應用前景的巨大影響，現階段，如何結構可控地制備Co₃O₄納米材料仍然是本領域的一個研究熱點。

發明內容

本發明的目的在于提供一種具有介孔結構的四氧化三鈷納米片的制備方法。在不添加任何表面活性劑和模板的條件下，首先通過簡單溫和的溶液法在低溫下合成納米片狀結構的前驅體，然后經熱分解得到介孔結構的四氧化三鈷納米片。通過該方法制得的Co₃O₄納米片比表面積大，且具有良好的分散性。

一種Co₃O₄介孔納米片的制備方法，包括以下步驟：

1)前驅體的制備

配置硝酸鈷和環六亞甲基四胺(C₆H₁₂N₄)的混合溶液，然后將溶液置于可密閉容器中，溶液占容器容積的70-80％；將密閉后的容器放入烘箱中，在100-180℃靜置反應2-24小時，反應結束后，經冷卻、過濾、清洗、干燥得到紫紅色的前驅體粉體；

2)Co₃O₄介孔納米片的制備

將步驟1)制得的前驅體粉體在150-600℃熱處理0.5-8小時，得到Co₃O₄介孔納米片。

在本發明的上述制備方法中，混合溶液的溶劑可以是水、醇(如，乙醇)或水/醇混合溶劑。

混合溶液中，Co²⁺的濃度優選為0.001-0.5mol/L，更優選0.05-0.2mol/L。

硝酸鈷與環六亞甲基四胺的摩爾比優選為0.05-3:1，更優選0.2-0.8:1。

用于制備前驅體的密閉容器對于本領域技術人員而言是容易確定的，只要是能密封且材質不參與反應的容器即可。例如，可以是特氟龍內襯的反應釜。