[发明专利]四氧化三钴微-纳复合结构阵列及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种复合结构阵列及制备方法，尤其是一种四氧化三钴微-纳复合结构阵列及其制备方法。

背景技术

四氧化三钴作为一种典型的过渡金属氧化物，具有丰富的光、电、磁特性，在电池材料、磁器件、电致变色等领域都具有重要的应用价值。微-纳复合结构阵列同时具有微结构阵列和纳米结构材料的优点，其表面均一，结构稳定，耦合效应强，表面活性高，具有重要的应用价值，可广泛用于高活性、高稳定性和可重复性器件。基于以上因素，人们为获得四氧化三钴微-纳复合结构材料，做出了不懈的努力，如“Cobalt Oxide Ordered Bowl-Like Array Films Prepared by Electrodeposition through Monolayer Polystyrene Sphere Template and Electrochromic Properties Electrochromic Properties”，ACS Applied Materials & Interfaces，Vol.2 No.1，186-192(基于电沉积和单层聚苯乙烯球模板的四氧化三钴有序碗状孔阵列薄膜的制备及其电致变色性质，美国化学学会应用材料与界面杂志，2010年2卷1期，186～192页)一文中所介绍的。该文公开了一种钴氧化物有序碗状阵列薄膜，所得的Co₃O₄薄膜由周期性的、相互连接的直径为1μm的亚微米孔网络构成，且单个的碗含有大量的直径为50nm±20nm的孔并且相邻碗的缝隙之间填充有四氧化三钴纳米片，制备方法为先自组装单层聚苯乙烯球模板，再将其置于电解液中进行电沉积后，溶去聚苯乙烯球模板，得到最终产物。但是，无论是碗状阵列薄膜，还是其制备方法，都存在着不足之处，首先，构成最终产物的微结构——碗状阵列单元之间为相互连接，即排列方式为紧密排列，这就形成了单元之间较为复杂的耦合作用，如磁耦合作用，使其极不利于在某些方面的应用；其次，最终产物的微结构形态仅为碗状，而不是在光、磁以及电化学器件等方面均具有重要的结构关联效应的空心球状；再次，制备方法不能制得微结构单元之间非紧密接触的最终产物。

发明内容

本发明要解决的技术问题为克服现有技术中的不足之处，提供一种微结构单元之间松散连接的四氧化三钴微-纳复合结构阵列。

本发明要解决的另一个技术问题为提供一种上述四氧化三钴微-纳复合结构阵列的制备方法。

为解决本发明的技术问题，所采用的技术方案为：四氧化三钴微-纳复合结构阵列包括导电衬底，特别是，

所述导电衬底上置有松散排列的四氧化三钴碗阵列或四氧化三钴空心球阵列，所述构成四氧化三钴碗阵列的四氧化三钴碗之间或构成四氧化三钴空心球阵列的四氧化三钴空心球之间的导电衬底表面覆有网状四氧化三钴片；

所述四氧化三钴碗的碗口直径为1～30μm，碗壁厚为10～100nm，其由网状四氧化三钴片组成；

所述四氧化三钴空心球的内直径为1～30μm，球壳厚为20～300nm，其由网状四氧化三钴片组成；

所述网状四氧化三钴片的片厚为5～20nm。

作为四氧化三钴微-纳复合结构阵列的进一步改进，所述的导电衬底为导电玻璃，或导电橡胶，或金属片；所述的四氧化三钴碗阵列或四氧化三钴空心球阵列为有序六方排列。

为解决本发明的另一个技术问题，所采用的另一个技术方案为：上述四氧化三钴微-纳复合结构阵列的制备方法包括电沉积法，特别是完成步骤如下：

步骤1，先将由球直径为1～30μm的聚苯乙烯胶体球组成的单层胶体晶体模板置于导电衬底上，再将其上置有单层胶体晶体模板的导电衬底置于等离子刻蚀机中使用等离子体刻蚀至少10min，得到其上置有松散状的单层胶体晶体模板的导电衬底；

步骤2，先将其上置有松散状的单层胶体晶体模板的导电衬底置于钴电解液中，以其为工作电极，于电流密度为2～50μA/cm²下采用三电极法电沉积10～50min或55min～4h，得到复合体阵列，再将复合体阵列置于二氯甲烷溶剂中去除聚苯乙烯胶体球，制得四氧化三钴微-纳复合结构阵列。