[发明专利]一种钴纳米纤维的溶剂热制备方法

说明书

技术领域

本发明属于金属材料技术领域，具体涉及一种钴纳米纤维的溶剂热制备方法。

背景技术

钴纳米材料具有独特的光电磁和催化特性，在单电子器件、超高密度信息存储、磁流体、催化剂和生物抗癌药物等方面具有广阔的应用前景。一维钴纳米纤维具有独特的量子传输效应、超强的机械强度、较高的发光效率和显著的热电效应，是纳米材料领域的研究热点之一。制备直径均匀、柔顺性好的钴纳米纤维是实现其实用化的基础。

据《Rare Metal Materials and Engineering》2012，41（9）：1527~1530报道，以水合草酸钴纳米棒为前驱体，在Ar气氛中于360℃下，通过热分解过程可制备纳米金属钴纤维。然而从其扫描电镜可以看出生成物为条带状，且条带之间堆叠粘连较严重。

分子自组装法是利用分子之间的相互作用组装成有序的纳米结构。《Nano Letter》2004，4(11)：2299~2302报道了碳氟化合物在Co₃C或Co粒子表面缓慢地催化分解，形成碳纳米管，同时，Co₃C或Co粒子通过取向连接在碳管内部形成Co纳米线。然而这种方法将钴纳米线生长在碳管内部，虽然可以防止其氧化，但是对其磁性能是不利的，并且该微观反应过程及其复杂难控。

软模板法是采用表面活性剂中的孔相，即用棒状胶束微乳液为模板，在其孔道中导向纳米材料的生长。据《高等化学学报》2003，24（6）：986~988报道，将微乳液技术与溶剂热技术相结合, 利用溶致液晶随温度变化而发生的相变行为, 可制备多级结构的钴纳米纤维，然而透射电镜照片表明，该方法制备的钴纳米纤维是由平均粒径为5nm的纳米颗粒聚结而成的，存在直径不均匀、柔顺性差、易断裂等缺点。申请号为 CN 101698234B的发明专利提供了一种金属钴纳米线的化学制备方法，该方法以乙二醇和表面活性剂共同形成软模板，以水合肼为还原剂，可制备出直径为100~800nm，长度达到2.0~10.0μm的钴纳米线。但从其扫描照片中可以发现这种纳米线也是由纳米级的钴球组合而成，且钴纳米球的粒径存在较大差异、相邻钴纳米球之间结合薄弱。

综上所述，现有的钴纳米纤维的制备方法均存在一定的缺陷，难以制备出直径均匀、柔顺性好的钴纳米纤维。

发明内容

本发明的目的是提供一种钴纳米纤维的溶剂热制备方法，克服已有钴纳米纤维制备方法存在的柔顺性差、直径不均匀的缺陷。

本发明的技术方案如下：

1、反应溶液的制备

以乙二醇为溶剂，按溶液钴盐0.05~0.2mol/L、乙二胺2~4mol/L、NaOH 0.5~1mol/L、聚乙烯吡咯烷酮5~10g/L、聚氧乙烯月桂醚 Brij30 1~5ml/L比例配制，磁力搅拌50~70分钟 。

所述的钴盐是乙酸钴、盐酸钴、硝酸钴、硫酸钴之中的任一种。

所述的NaOH以去离子水溶液的方式加入到反应溶液中。

2、钴纳米纤维制备

将按上述方法制备好的溶液移入反应釜中，填充度为50%~70%，将反应釜的盖旋紧后置于加热炉内加热至180~190℃，反应20~40小时，生成钴纳米纤维。生成的钴纳米纤维经离心分离后，用无水乙醇洗涤2~3次，干燥收集。

本发明的效果和益处是在两种表面活性剂（聚乙烯吡咯烷酮PVP和聚氧乙烯月桂醚 Brij30）和乙二胺共同作用下，还原钴沿着(001)方向线型生长成为直径均匀、柔顺性好的钴纳米纤维；该制备方法工艺简单、成本低廉且适合工业化生产。

附图说明

图1是实施例1制备的钴纳米纤维的SEM照片图。

图2是实施例1制备的钴纳米纤维的TEM照片图。

图3是实施例2制备的钴纳米纤维的SEM照片图。

图4是实施例2制备的钴纳米纤维的X射线衍射谱图。

具体实施方式

以下结合技术方案和附图详细叙述本发明的具体实施方式。

实施例一：

1、反应溶液的制备

以乙二醇为溶剂配制前驱液，各反应物浓度如下所示：

2、钴纳米纤维的制备

将上述溶液移入反应釜中，填充度为50%，将反应釜的盖旋紧后置于加热炉内加热至180℃，保温36小时，待反应釜完全冷却后打开，将生成的黑色沉淀离心分离后，用无水乙醇洗涤3次，然后在50℃烘干24小时。所得产物的SEM照片如图1所示，TEM照片如图2所示。

实施例二：