[发明专利]一种四氧化三钴介孔纳米片的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于纳米无机功能材料领域，具体涉及一种四氧化三钴(Co₃O₄)介孔纳米片的制备方法。

背景技术

Co₃O₄晶体属于AB₂O₄尖晶石结构，其中二价钴离子组成的四面体与三价钴离子组成的八面体均被氧原子所包围，氧原子在其作立方晶体紧密堆积，晶体场稳定、化学能较高，有利于离子扩散，是一种重要的磁性P型功能材料，也是目前制备锂离子电池的主要原料。

纳米Co₃O₄材料具有良好的催化性能和电化学性能，被广泛应用在气敏传感器、生物细胞传感器、超级电容器和锂离子(空气)电池等方面。目前，关于Co₃O₄纳米材料的合成已经有了很多相关报道。比如，KE等以六水合氯化钴、邻二氮杂菲和硼氢化钠为原料，采用熔盐法成功合成了分散性好的、直径为150nm、长度在2μm左右的棒状Co₃O₄，该方法有效降低了因Co的磁性而引起的团聚，使产物分散性好，但是该制备工艺繁杂，且无机盐的引入使产物纯度减低。Ghosh等采用热分解技术获得了具有良好反磁性的Co₃O₄粉体，但该方法需要较高温度，且产物分散性不好，形貌难以控制。Karthick等采用溶胶-凝胶法制备出尺寸为2μm且均一的Co₃O₄小球，但此方法工艺繁琐，且费时较长。Vijayakumar等以硝酸钴为钴源，氨水为沉淀剂，微波加热5分钟后得到前驱体，热处理后得到了目标产物Co₃O₄，但是该方法制得的产物结晶性不好。Hui等使用硝酸铵为沉淀剂，在加入泡沫镍片为模板的条件下，延长了微波加热时间1～4小时，得到了结晶性较好的Co₃O₄纳米线。LI等采用溶液法以六水合氯化钴为原料，NaOH为沉淀剂，通过控制反应条件，如温度、氢氧根浓度等制备了各种形貌的Co₃O₄纳米材料。

尽管已经有了很多合成报道，然而现有工艺都或多或少的存在一些不足，突出表现在产品纯度不够、结晶性不佳、分散性不好、比表面积较低、和/或工艺繁杂等。源于结构对材料性能和应用前景的巨大影响，现阶段，如何结构可控地制备Co₃O₄纳米材料仍然是本领域的一个研究热点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有介孔结构的四氧化三钴纳米片的制备方法。在不添加任何表面活性剂和模板的条件下，首先通过简单温和的溶液法在低温下合成纳米片状结构的前驱体，然后经热分解得到介孔结构的四氧化三钴纳米片。通过该方法制得的Co₃O₄纳米片比表面积大，且具有良好的分散性。

一种Co₃O₄介孔纳米片的制备方法，包括以下步骤：

1)前驱体的制备

配置硝酸钴和环六亚甲基四胺(C₆H₁₂N₄)的混合溶液，然后将溶液置于可密闭容器中，溶液占容器容积的70-80％；将密闭后的容器放入烘箱中，在100-180℃静置反应2-24小时，反应结束后，经冷却、过滤、清洗、干燥得到紫红色的前驱体粉体；

2)Co₃O₄介孔纳米片的制备

将步骤1)制得的前驱体粉体在150-600℃热处理0.5-8小时，得到Co₃O₄介孔纳米片。

在本发明的上述制备方法中，混合溶液的溶剂可以是水、醇(如，乙醇)或水/醇混合溶剂。

混合溶液中，Co²⁺的浓度优选为0.001-0.5mol/L，更优选0.05-0.2mol/L。

硝酸钴与环六亚甲基四胺的摩尔比优选为0.05-3:1，更优选0.2-0.8:1。

用于制备前驱体的密闭容器对于本领域技术人员而言是容易确定的，只要是能密封且材质不参与反应的容器即可。例如，可以是特氟龙内衬的反应釜。