[發明專利]一種中空六元環狀羥基氧化鈷納米材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201610382883.6
• 申請日: 2016-06-01
• 公開（公告）號: CN107445213B
• 公開（公告）日: 2021-11-02
• 發明（設計）人: 陳光文;陳會會;楊梅;陶莎;任明月
• 申請（專利權）人: 中國科學院大連化學物理研究所
• 主分類號: C01G51/04
• 分類號: C01G51/04;B82Y40/00
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 周瑩;毛薇

本發明涉及一種中空六元環狀羥基氧化鈷納米材料及其制備方法，屬于無機材料領域。該中空六元環狀羥基氧化鈷的六條邊的長度均為50?150nm，縱向厚度為10?20nm，壁厚為20?30nm，其制備方法具體過程如下：(1)將鈷鹽水溶液和強堿水溶液并流滴入三口燒瓶中，在惰性氣氛及攪拌條件下反應一定時間；(2)撤掉保護氣，加入一定量的強氧化劑，繼續陳化；(3)陳化結束后所得懸濁液經過濾、洗滌、干燥，得到一種中空六元環狀羥基氧化鈷納米材料。本發明具有工藝流程簡單、反應條件溫和，易大規模制備等優點，所得產品粒度分布窄、形貌可控、重現性好，有望在超級電容器、鋰離子電池及催化等領域得到應用。

技術領域

本發明屬于無機材料領域，具體涉及一種中空六元環狀羥基氧化鈷納米材料及其制備方法。

技術背景

隨著我國經濟社會的快速發展，能源形勢與環境問題日益嚴峻。鋰離子電池因具有能耗低、比容量和比能量高、工作電壓高、循環壽命長、自放電小、環境友好等優點，被廣泛應用于筆記本電腦、移動電話、照相機等便攜式電子設備。近年來由于電動汽車的蓬勃發展，作為電動汽車動力來源的鋰離子電池受到了更廣泛的關注與研究。通常，鋰離子電池性能主要取決于組成電池的電極材料和電解液材料。相對于負極而言，鋰離子電池正極材料的研究相對滯后。鈷酸鋰因具有放電電壓高、充放電電壓平穩、比能量高等優點，是目前鋰離子電池最為常用的正極材料。羥基氧化鈷作為生產鈷酸鋰的常見鈷源之一，其結構與性質對鈷酸鋰的電化學性能具有明顯影響。因此，開發高性能羥基氧化鈷納米材料及制備工藝具有廣闊的應用前景。

研究發現，納米材料的性能主要取決于其尺寸及形貌。納米材料的可控制備，即尺寸與形貌的可控制備是相關領域研究人員追求的目標。從公開發表的論文與專利來看，相對于氫氧化鈷及四氧化三鈷，關于羥基氧化鈷的研究較少，其制備工藝還處于初級階段。專利CN201310375503.2公開了一種納米級羥基氧化鈷的合成工藝，經過溶液配制、反應、陳化和后處理等步驟制備得到納米級羥基氧化鈷。然而，所得羥基氧化鈷無規則形貌，粒度分布較寬。專利CN201210068153.0公開了一種類球形羥基氧化鈷的制備方法。該制備方法存在反應周期長、制備過程復雜等缺點。專利CN201310124558.6公開了一種羥基氧化鈷的制備方法，首先向堿溶液中加入絡合劑及還原劑，然后與鈷鹽溶液反應，在氮氣保護下得到氫氧化亞鈷。該氫氧化亞鈷經過濾洗滌后轉入氧化釜中進行氧化反應，最終制備得到羥基氧化鈷。顯然，該方法制備過程復雜，所需設備龐大(氧化釜)。綜上，目前還未有關于中空六元環狀羥基氧化鈷納米材料及制備方法的報道。本發明首次提供了一種納米級六納米元環狀羥基氧化鈷材料及其制備方法。本發明具有工藝流程簡單，過程能耗低，產品形貌和粒徑可控，易大規模生產等優點，所得中空六元環狀羥基氧化鈷納米材料有望在鋰離子電池、超級電容器、催化等領域得到應用。

發明內容

本發明的目的在于提供一種中空六元環狀羥基氧化鈷納米材料及其制備方法，以期應用于鋰離子電池、超級電容器、催化等領域。該中空六元環狀羥基氧化鈷納米材料分子式為CoOOH，該中空六元環狀羥基氧化鈷的(橫截面)六條邊的長度均為50-150nm，縱向厚度為10-20nm，壁厚為20-30nm。其制備方法具體包括如下步驟：

(1)配制鈷鹽和強堿水溶液，所述鈷鹽水溶液中鈷離子(Co²⁺)摩爾濃度為0.05-1.0mol/L，所述強堿水溶液中氫氧根離子(OH^-)摩爾濃度為0.05-5.0mol/L；

(2)將鈷鹽水溶液和強堿水溶液以相同流量并流滴入三口燒瓶中，在惰性氣氛及攪拌條件下，于30-80℃反應0.5-2h；

(3)撤掉惰性氣體，加入一定量的強氧化劑，繼續陳化0.2-4h；

(4)陳化結束后，所得懸濁液經過濾、洗滌、干燥，得到一種中空六元環狀羥基氧化鈷納米材料。

上述技術方案中鈷鹽為硫酸鈷、氯化鈷、硝酸鈷、醋酸鈷中的一種或幾種。