[發明專利]一種三維納米級的花球狀四氧化三鈷材料的制備方法

有效

• 申請號: 201610085357.3
• 申請日: 2016-02-15
• 公開（公告）號: CN105800698B
• 公開（公告）日: 2017-08-29
• 發明（設計）人: 藺華林;陳紅艷;韓生;黃奇;劉凡;常興;江新澤;艾亞妮;薛原;李勇;付寧;余偉平;馬鵬;馮晨其;趙志成;周嘉偉;劉萍;許廣文
• 申請（專利權）人: 上海應用技術學院
• 主分類號: C01G51/04
• 分類號: C01G51/04
• 代理公司: 上海精晟知識產權代理有限公司31253
• 代理人: 楊軍

技術領域

本發明涉及一種三維納米級的花球狀四氧化三鈷材料的制備方法，屬于能源存儲材料制備技術領域。

背景技術

隨著科技的快速發展和進步以及傳統化石能源的日益匱乏，各種環境污染問題相繼出現，迫切的要求科學家們研究一種新的清潔能源。超級電容器具有快速充放電、功率密度高、循環壽命長、工作溫度范圍廣泛、環保安全等優點，，適用于一些常見的便攜式系統，如電子產品和動力汽車，成為一種很有潛力的新能源存儲器件。而四氧化三鈷則是一種很重要的過渡金屬氧化物，其理論比容量高達3560F/g，粉末呈現(灰)黑色，常溫下不溶于鹽酸、硝酸等強酸，但是可以慢慢溶于熱硫酸，其價格低廉、自然資源儲備量大。

Co₃O₄屬于立方晶系，是一種重要的p-型半導體，其晶格參數為0.809nm，具有尖晶石AB₂O₄的結構，有較高的晶體場穩定性能。因其獨特的物理和化學性質，在傳感器、鋰離子電池、超級電容器和催化等方面有著廣泛的應用。

Co₃O₄材料的主要制備方法不斷更新，現今主要有溶膠-凝膠法，噴霧熱分解法，水熱合成法，化學沉淀法等，然而四氧化三鈷納米顆粒在制備過程中很容易團聚成大顆粒且結構穩定性較差，而其形貌、晶型、比表面積和結構的穩定性對性能有著重要的影響。因此，制備出高性能四氧化三鈷材料顯得尤為重要。

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操作簡便的制備三維納米級的花球狀四氧化三鈷材料的方法。本發明采用水熱-煅燒方法制備，得到的三維材料形貌可控、結晶度高、具有分級結構，粒徑大小均勻且分散性很好。

本發明的技術方案具體介紹如下。

本發明提供一種三維納米級的花球狀四氧化三鈷材料的制備方法，具體步驟如下：

(1)按照質量體積比為5：1-20:1mg/ml，將醋酸鈷加入到去離子水中超聲15-30min，得到均勻分散的醋酸鈷溶液，然后向其中加入弱酸，將溶液的pH值調至6.0-6.5；

(2)向步驟(1)得到的溶液中加入25wt％-28wt％氨水溶液，混合均勻后移入水熱反應釜中，在100-140℃溫度下進行反應，反應結束后，自然冷卻至室溫，得到反應液；

(3)將步驟(2)所得反應液離心，收集沉淀；然后用去離子水和無水乙醇洗滌沉淀至流出液的pH值呈中性，得到氫氧化鈷粉末；

(4)將步驟(3)所得氫氧化鈷粉末以5-8℃/min的升溫速度升至800-850℃，在空氣條件煅燒2-3h，之后自然冷卻至室溫，即得到三維納米級的花球狀四氧化三鈷材料。

上述步驟(1)中，超聲功率為300-400w。

上述步驟(1)中，所述弱酸為檸檬酸、醋酸或氫氟酸中任一種。

上述步驟(2)中，所述25wt％-28wt％氨水溶液和醋酸鈷的質量比為1:3-1:10。

上述步驟(2)中，水熱時間為12-16h。

上述步驟(3)中，干燥溫度為60-80℃，干燥時間為10-12h。

本發明通過上述制備方法所得的三維四氧化三鈷材料呈花球狀形貌，花球狀四氧化三鈷的直徑為8-15μm，其由粒徑為400-600nm的納米顆粒構成。

與現有的制備方法相比，本發明的有益效果如下所述：

1、該合成方法簡單、原料來源豐富，成本低廉、制備過程環保。

2、本發明的得到四氧化三鈷材料，呈花球狀，其由納米顆粒構成，具有分級結構。

3、本發明得到的四氧化三鈷材料，具有三維微米或納米的孔狀結構，分散性能好、粒徑大小均勻，結晶度高且形貌可控。

4、本發明得到的四氧化三鈷材料具有較好的電化學活性，其比容量最高可達679F/g，因此可直接用于超級電容器電極材料。

附圖說明

圖1為實施例1所得氫氧化鈷材料的掃描電鏡圖。

圖2為實施例1所得四氧化三鈷材料的掃描電鏡圖。

圖3為實施例1所得四氧化三鈷材料的X射線衍射圖。

圖4為實施例2所得氫氧化鈷材料的掃描電鏡圖。

圖5為實施例2所得四氧化三鈷材料的性能曲線圖。

圖6為實施例3所得四氧化三鈷材料的掃描電鏡圖。

具體實施方式

下面通過具體實施例并結合附圖對本發明做進一步描述，需要說明的是本具體實施例，并不構成對本發明要求保護范圍的限制。