[发明专利]双壳CoO、Co3O4空心纳米颗粒的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于材料制备领域，具体涉及一种双壳CoO、Co₃O₄空心纳米颗粒的制备方法。

背景技术

由于壳层空心纳米材料具有较大的内部空间和多相非均匀界面等结构特点，因此在锂电池制备、催化、传感、药物载体和生物成像等方面具有广泛的应用前景。众所周知过渡金属钴及其氧化物具有优良的磁性能和电化学性能，因此有关氧化亚钴及四氧化三钴纳米粒子的制备方法及性质研究为当今热点课题之一。结合材料本身和结构特点，近年来已发展了多种合成CoO和Co₃O₄纳米粒子的方法，同时也制备出不同形貌特征的CoO和Co₃O₄纳米粒子。K.J.An和N.Y.Lee等人利用CoCl₂.6H₂O为原料合成油酸亚钴，然后采用高温热分解的方法对油酸亚钴进行再加工，最终制备出CoO纳米棒(J.Am.Chem.Soc.2006,128,9753-9760)；Y.L.Zhang等人通过调控油酸亚钴与活化剂或抑制剂的比例，制备出了花瓣状的CoO纳米粒子(J.Phys.Chem.C,2008,112,5322-5327)；H.T.Wang等人报道了利用CoCl₂.6H₂O和Co(NO₃)₂.6H₂O为原料，通过水热法和高温煅烧法最终得到平板状和花状的Co₃O₄(J.Phys.Chem.C,2011,115,17599–17605)。然而，目前合成钴类氧化物的方法仍较为复杂，壳层空心钴类氧化物纳米材料的研究制备甚少。因此，开发一种操作简单且产物结构特征明显，尺寸均一，具有良好磁性能和电化学性能的CoO和Co₃O₄的制备方法仍是材料制备领域的一项重要任务。

发明内容

本发明的目的是提供了制备形貌特征明显、粒度分布集中，具有良好磁性和电化学性能的双壳CoO和Co₃O₄空心纳米颗粒的方法。

双壳CoO空心纳米颗粒的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：将有机金属钴盐与两种保护剂和有机溶剂混合；

步骤2：将步骤1的混合液搅拌均匀密封于反应釜中；

步骤3：将步骤2中搅拌均匀的混合液在200～280℃加热直至生成双壳CoO空心纳米颗粒(粒径为250-300nm)。

步骤1中所述的有机溶剂包括十八烯；所述的有机金属钴盐包括乙酰丙酮亚钴；所述的两种保护剂包括油酸和油胺。

步骤1中所述的两种保护剂油酸与油胺摩尔比为4：10，占整个反应体系的20％；有机金属钴盐的物质的量与有机溶剂的体积比为1mol：20～25mL。

上述方法中升温至260-280℃下反应至少1h；进一步优选升温至260℃下反应1-12h。

双壳Co₃O₄空心纳米颗粒的制备方法，将上述方法制备得到的双壳CoO纳米颗粒转入磁舟中，400～800℃煅烧直至生成双壳Co₃O₄空心纳米颗粒(粒径为300nm-400nm)。优选在600-800℃高温下煅烧至少2h；进一步优选在600℃高温下煅烧2-4h。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及突出性效果：

1.本发明采用有机金属钴盐为原料，以有机溶剂作为反应溶剂；加入的长链油酸和油胺在CoO纳米粒子的形成过程中起着表面活性剂和保护剂的作用。

2.采用高温反应釜作为反应器，可以有效的排除外界环境的干扰；利用十八烯为反应溶剂，避免了已有合成路线中醚类溶剂剧毒性所带来的环境污染及人体伤害等问题。

3.本发明提出了双壳CoO空心结构形成的奥斯特瓦尔德熟化机制。采用高温高压反应条件，良好地控制反应时间，使合成的CoO纳米颗粒随着反应时间的延长由实心转变为空心，从单壳生长为双壳，最终生长为双壳空心纳米颗粒，其值得注意的是CoO外层壳和内层壳均为氧化亚钴纯相。

4.本发明以成功合成的双壳CoO空心纳米颗粒作为前驱体，于磁舟中高温煅烧制备出双壳Co₃O₄空心纳米颗粒,其中外层壳和内层壳均为Co₃O₄。