[发明专利]具有高比表面积和晶化孔壁的介孔Co3O4材料及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种孔道有序性良好、比表面积较高的介孔Co₃O₄材料的制备方法，并将其应用于NO催化氧化。属于无机纳米材料制备和应用领域。

背景技术

Co₃O₄作为非贵金属氧化物材料，是一种重要的功能材料，广泛地应用于超级电容器及催化剂等领域。研究结果表明，汽车尾气CO在Co₃O₄纳米棒的催化作用下，低温与氧气发生反应，生成CO₂。

近年来，介孔材料引起人们的广泛关注，因其具有高比表面积、孔径分布较窄、孔道高度有序等特点；同时，它的诱人之处还在于其在催化、吸附、分离及载药等方面的应用。将Co₃O₄制备成介孔材料具有高比表面积、有序孔道结构和可调控的孔径尺寸，可大大提高Co₃O₄的催化活性。大量的实验研究表明，介孔材料相对非介孔材料而言，前者因具有更多的催化活性位点，可大大提高材料的催化能力。因此，提高Co₃O₄有效比表面积，以及优化Co₃O₄材料的简易化制备工艺，对于Co₃O₄材料催化性能优势的发挥和应用具有至关重要的作用。近几年发展起来的硬模板法可实现模板的完美复型，制备出高比表面积和孔道有序的介孔Co₃O₄材料。例如中国专利CN101717124B公开一种立方相介孔结构钴酸盐三元氧化物的制备方法，该方法以三维立方孔道结构（Ia3d）的介孔二氧化硅（KIT-6）为模板，采用硬模板法制备；中国专利CN100575266C公开一种利用硬模板合成有序介孔氧化锰或氧化钴的方法，该方法以多面体状有序介孔二氧化硅（SBA-16）为模板。但以上方法均需要将含有原料的溶液多次浸渍于模板中，工艺较为繁琐。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种制备高比表面积和孔道有序的介孔Co₃O₄材料的方法，以通过条件简单，简便快捷，省时省力的方法获得孔壁晶化度良好的介孔Co₃O₄材料。

在此，本发明提供一种制备具有高比表面积和晶化孔壁的介孔Co₃O₄材料的方法，所述方法包括：将包含钴源的乙醇前驱液与具有三维立方孔道结构的介孔二氧化硅模板混合搅拌直至溶剂挥干，以通过一步纳米灌注法使所述前驱液完全灌注至所述模板的介孔孔道中从而制得前驱体/模板复合物；将所述前驱体/模板复合物进行热处理以制得Co₃O₄/模板复合物；以及用强酸或强碱去除所述Co₃O₄/模板复合物中的所述模板以制得所述介孔Co₃O₄材料。

本发明的方法以具有Ia3d结构的介孔二氧化硅（KIT-6）为模板，通过简单的一步纳米灌注的方式将金属盐前驱液浇注到模板的介孔孔道中，通过一定的热处理条件制备出高比表面积及孔径分布较窄的介孔Co₃O₄材料。并且该技术方法有效避免了Co₃O₄材料制备过程中的繁琐步骤，简便快捷，省时省力，同时获得了孔壁晶化度良好的介孔Co₃O₄材料。

在本发明中，所述钴源是易溶于乙醇的钴盐，优选为硝酸钴和/或乙酸钴、氯化钴。

在所述乙醇前驱液中，所述钴源的浓度可以为150～160g/L。

又，所述钴源与所述模板的质量比可以为4:1～5:1。

本发明采用具有Ia3d结构的介孔二氧化硅（KIT-6）为模板，此步技术简单方便，KIT-6三维连通的孔道结构且具有良好的水热稳定性，可用于制备需高温成形的结晶复合氧化物。

又，通过采用上述模板和溶剂，以纳米灌注的方法利用毛细管力将钴前驱体充分灌注到介孔二氧化硅模板材料的孔道中。一次灌注即可使前驱体溶液进入到模板孔道中，避免了两次甚至多次灌注，省时省力。