[发明专利]一种钴纳米材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及金属纳米材料的制备，具体涉及一种钴纳米材料的制备方法。

背景技术

钴纳米材料作为一种纳米功能金属材料，具有一系列特殊的物理、化学性能，在硬质合金、电池材料、催化剂、磁性材料、吸波材料、陶瓷等领域的应用中表现出许多优异的性能。例如，用超细钴粉制成永磁记录材料，可使磁带和软硬盘的记录密度提高数十倍，并能大幅度改善它们的保真性能。同时由于超细钴粉对电磁波的特殊吸收作用，可作为军用高性能毫米波隐形材料，可见光-红外线隐形材料和结构式隐形材料，手机辐射屏蔽材料。在硬质合金方面使用的超细钴粉由于合金的横向断裂强度、硬度和密度都得到了提高，使其具有更高的的耐磨性与抗裂性。

钴纳米粒子的传统制备方法很多，如水热合成法、辐射合成法、等离子体法、沉淀法、微乳液法等。1993年美国的Bawendi研究小组发展了高温液相法,最早是合成半导体纳米管ME(M＝Cd，Pd；E＝Se，S，Te)。20世纪90年代后期,IBM公司的Murray等利用此方法成功地合成出单分散的Co纳米晶。申承民等利用二苯醚做溶剂，以油酸和三辛基膦作为表面活性剂，采用二醇还原法在氮气保护下制备出具有hcp相的单分散磁性Co纳米粒子，并在铜网上将Co纳米粒子自组装成有序的二维六方紧密堆积的单分散膜。同时他们还用Co₂(CO)₈热分解制备出自组装的Co纳米粒子，并对其磁学性质做了研究。但这种方法有个缺点：羰基镍是一种剧毒物质，有碍人体健康，对环境易造成很大污染。MaLixin等在碱性环境中以硫酸钴为钴源、足量酒石酸钾钠为络合剂、水合联氨为还原剂，采用化学镀工艺在钦酸钡表面镀覆上钴层。专利CN1923415提供了一种以水合肼为还原剂，十六烷基三甲基溴化铵为分散剂制备片状钴纳米颗粒的方法，但所用还原剂水合肼毒性较大，影响健康。北京科技大学王志远等报道了以六水合氯化钴为原料，以NaBH₄为还原剂，以三乙醇胺和PVP为络合剂，在无水乙醇中合成了钴纳米颗粒的研究，他们得到的钴纳米粒子平均粒径也大于10nm，而且易产生钴的硼化物，还原剂NaBH₄毒性也较大，生产成本较高，制备过程也较为复杂。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术存在的一些缺陷，提供一种简单方便，成本低廉、毒性少的制备钴纳米材料的方法。

为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：

1、首先配制硝酸钴溶液，将络合剂和分散剂加入到硝酸钴溶液中，磁力搅拌至澄清溶液；

2、将上述混合溶液置于干燥箱中干燥，形成疏松多孔的前驱体；

3、将前躯体放于马弗炉内煅烧，煅烧的同时管式炉中持续通入惰性气体进行保护。

步骤1中所述的硝酸钴溶液的摩尔浓度为0.05-0.1mol/L。

步骤1中所述的络合剂为柠檬酸、抗坏血酸、乙二胺四乙酸、葡萄糖、淀粉或蔗糖中的任意一种，分散剂为聚乙烯吡咯烷酮(PVP)。

步骤1中所述的硝酸钴与络合剂的摩尔比为1:0.5-1:2；硝酸钴与分散剂的摩尔比为1:2-1:4。

步骤2中所述的干燥温度为150-200℃，干燥时间为10-15小时。

步骤3中所述的煅烧温度为300-500℃，煅烧时间为5-7小时，升温速率为5℃/min。

与现有的方法相比，本发明优点在于：

1.本发明以常见的六水合硝酸钴和一些廉价的碳水化合物为反应原料，在分散剂的辅助下进行配位分解反应，少量的络合剂起到了触发化学镀反应有序进行的作用，保证了纳米钴材料粒径的均一性。

2.本发明合成工艺和所需要生产设备简单，原料易得，适合工业化生产。

3.本发明制备的钴纳米粒子的粒径尺寸为5-10nm，分散均匀，性质稳定。

附图说明

图1为本发明实施例1中钴纳米材料的TEM图。

图2为本发明实施例1中钴纳米材料的XRD图。

图3为本发明实施例2中钴纳米材料的XRD图。

图4为本发明实施例3中钴纳米材料的XRD图。

图5为本发明实施例4中钴纳米材料的XRD图。

图6为本发明实施例5中钴纳米材料的XRD图。

图7为本发明实施例6中钴纳米材料的XRD图。

具体实施方式

下面结合实例和附图对本发明进行详细说明。