[发明专利]一种蒲公英状四氧化三钴的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及无机过渡金属氧化物材料合成技术领域，尤其涉及一种蒲公英状四氧化三钴的制备方法。

背景技术

作为一类p型半导体过渡金属氧化物，四氧化三钴被广泛应用于催化剂、磁性半导体、气体传感器元件、锂离子电池材料、超级电容器材料等重要领域。近年来，具有不同形貌结构的四氧化三钴材料引起人们的极大兴趣，已合成了四氧化三钴纳米线、纳米棒、纳米管、纳米立方体、空心球、花状微球等。其中，花状微球以其独特的开放式结构特征如在空间进行定向或非定向排列的纳米结构单元，其较高的比表面易产生较多的表面活性位，有利于提高气-固相反应速率。因此，四氧化三钴花状微球在气敏元器件材料和多相催化剂领域中具有较高的应用前景，成为四氧化三钴材料的研究热点。

目前，所报道的花状四氧化三钴材料主要由二维纳米片组装而成，而由一维纳米棒组装形成的蒲公英状四氧化三钴材料还未见相关报道。此外，花状四氧化三钴的合成过程中需要精确调控沉淀剂与钴盐的比例，花状产物重复性较差。因此，设计一种简单有效、重现性高的合成方法制备由特定组成单元(如纳米棒)且形貌可控的花状四氧化三钴材料仍然是该领域的技术难题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种工艺简单高效、产物形貌重现性好、且由纳米棒组装形成的蒲公英状四氧化三钴材料的制备方法。

本发明采用如下技术方案：

本发明的蒲公英状四氧化三钴的制备方法的具体步骤如下：

1)将钴盐和结构导向剂溶于乙二醇中，形成混合溶液，所述钴盐的浓度为5～250mmol/l，所述钴盐和结构导向剂的摩尔比为1:0.1～5；

2)将上述混合溶液放入到不锈钢釜中，然后在130～220℃下进行溶剂热反应，反应时间为1～24h；

3)溶剂热反应结束后通过分离、洗涤将所得产物在200～800℃下进行焙烧得到蒲公英状四氧化三钴。

步骤1)中，所述的钴盐为醋酸钴、硝酸钴和氯化钴中的一种，结构导向剂为十二烷基硫酸钠。

步骤1)中，优选所述钴盐的浓度为30～200mmol/l，所述钴盐和结构导向剂的摩尔比为1:0.2～4。更优选所述钴盐的浓度为50～150mmol/l，所述钴盐和结构导向剂的摩尔比为1:0.3～2。

步骤2)中，优选所述的溶剂热反应温度为150～200℃，所述的溶剂热时间为8～20h。更优选所述的溶剂热反应温度为160～190℃，所述的溶剂热时间为10～15h。

步骤3)中，优选所述的焙烧温度为250～600℃。更优选所述的焙烧温度为300～500℃。

本发明的积极效果如下：

本发明所提供的合成蒲公英状四氧化三钴的方法其优点在于：

1)本发明提供的制备方法合成了一种新型的由一维纳米棒组装形成的蒲公英状四氧化三钴材料，其组成结构不同于目前二维纳米片组装形成的花状四氧化三钴材料；

2)本发明通过控制钴盐与结构导向剂的摩尔比、溶剂热热温度和时间来调控四氧化三钴的形貌，调控条件和手段易于实施，且产品形貌重现性好。

3)本发明的制备工艺简洁，整个工艺过程在反应釜中进行，无需任何复杂设备，是一种简便高效、价格低廉、环境友好、易于规模化合成的制备蒲公英状四氧化三钴材料的制备方法。

附图说明

图1为实施例1得到的蒲公英状四氧化三钴的XRD谱图。

图2为实施例1得到的蒲公英状四氧化三钴的SEM图。

图3为实施例1得到的蒲公英状四氧化三钴的低倍TEM图。

图4为实施例1得到的蒲公英状四氧化三钴的高倍TEM图。

图5为实施例1得到的蒲公英状四氧化三钴的氮气吸附/脱附等温线图。

具体实施方式

下面的实施例是对本发明的进一步详细描述。

实施例1：

称取0.26g硝酸钴(Co(NO₃)₂·6H₂O)溶于30ml乙二醇中(Co²⁺浓度为30mmol/l)，然后加入0.05g十二烷基硫酸钠(SDS，Co²⁺:与SDS摩尔比为1:0.2)，待溶解完全后将溶液转移至50ml不锈钢水热釜,加热至150℃保温20h，反应结束后将产物分离、洗涤，干燥，然后在250℃焙烧得到黑色粉末产物。