[发明专利]溶剂热法制备多孔道四氧化三钴花状微球的方法

说明书

技术领域

本发明属于纳米材料合成技术领域，涉及利用溶剂热法制备形貌均一微球的方法，尤其涉及一种溶剂热法制备多孔道四氧化三钴花状微球的方法。

背景技术

无机纳米材料的结构形貌和尺寸调控一直吸引着研究者们的广泛关注，目的是使材料性能更优异。近年来，多孔无机材料在材料研究中已得到特别的关注，这主要是由于其在不同的领域具有潜在的应用前景。最近孔状材料以其在催化、传感器、燃料电池、超级传导器等领域的潜在应用成为了研究热点。如锂离子电池、离子交换和催化过程等。作为重要的过渡金属氧化物半导体材料的氧化钴（CoO）具有2.4ev的光学带隙，而光学带隙在1.48ev至2.19ev的Co₃O₄，因其在传感器、非均相催化、磁性材料、太阳能吸收、超级电容器、锂离子电池的材料等方面的潜在应用，近几年已经有了广泛的研究。由于其电容量有较高的理论值，纳米结构的Co₃O₄被普遍认为是下一代锂离子电池的电极材料。因此，大量的研究工作已经转向设计和合成新颖性能优异的纳米结构Co₃O₄。氧化钴在催化反应、Li 离子电池、传感器以及超级电容领域的应用广泛，各种形貌的Co₃O₄ 纳米材料已经被成功合成出来，包括纳米线、纳米棒、纳米立方体、纳米球、纳米花以及纳米片。报道的合成方法也有很多，像高温元素直接合成、微波辅助回流法、微乳法、溶剂/水热法等等。

直至今天，已经有各种合成不同形貌的理想的微纳米的钴的氧化物了。但是传统的合成三维结构材料的方法需要各种模板，而这些模板不容易除去，这严重影响了合成材料的性能。因此，开发出简易的通过无模板的方法来合成三维材料是十分必要的。但是，发展一种简单且可靠的合成方法制备有特定组成且形貌可控的孔状材料仍然是很大难题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种工艺简单、合成温度较低的四氧化三钴花状球的制备方法。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是将硝酸钴、硝酸铜、乙二醇和氨水混合均匀并转移至聚四氟乙烯内衬的反应釜中，经高温溶剂热反应后，将溶剂热产物离心分离、洗涤、真空干燥后在管式炉内煅烧制得。

溶剂热法制备多孔道四氧化三钴花状微球的方法，包括如下步骤：

步骤A、将硝酸钴和硝酸铜加入到乙二醇中，混合均匀；

步骤B、再加入氨水，搅拌成均匀混合体系；

步骤C、将混合体系转移至聚四氟乙烯内衬的反应釜中，在160~200℃恒温12h，自然冷却后得到溶剂热产物；

步骤D、将上述得到的溶剂热产物进行离心分离，离心后的固体产物用无水乙醇和去离子水分别洗涤3次；

步骤E、将所述的固体产物在真空干燥箱内60~80℃干燥6~12h得到前驱物；

步骤F、将所述前驱物置于管式炉内以N₂保护300～500℃煅烧3h。

在本发明的一个优选例中，所述的反应物按照硝酸钴：硝酸铜：乙二醇：氨水的比例为2mol：0.5~1mol：35L：1~2L混合。

在本发明的又一优选例中，所述步骤B中氨水的重量百分比浓度为25~28wt%。

本发明参与反应的试剂均为分析纯，市售。

按照本发明公开的方法制得的多孔道四氧化三钴花状微球，是由厚度为10~20nm的四氧化三钴纳米片自组装形成，花状微球的直径为0.8~1.2微米。

本发明中氧化钴(Co₃O₄)结构由X-射线衍射仪确定，X-射线衍射图谱表明，由液相反应与自组装技术相结合技术制备的氧化钴(Co₃O₄)为尖晶石结构，图谱中没有其它物质的峰存在，说明产物为纯相Co₃O₄。

场发射扫描电镜测试表明，液相反应与自组装技术相结合制备的氧化钴(Co₃O₄)花状球的直径0.8~1.2微米，是由厚度为10~20nm的纳米片自组装形成。

有益效果