[发明专利]金属氢氧化物插层一维纳米金属氧化物、制法及抽离方法

说明书

本发明公开了一种结构可逆转换一维锰氧化物及其插层金属氢氧化物的制备方法，属于纳米材料制备技术领域。本发明利用金属氧化物的一维结构稳定性特性，制备出一维纳米结构金属氧化物，再通过在一维纳米结构金属氧化物中插入金属氢氧化物的方法制备出插层材料，最后通过氨水将金属氢氧化物置换出来使得一维纳米金属氧化物得以恢复。本发明首次开发出用氨水抽取金属氢氧化物使一维纳米金属氧化物得以复原的方法。该方法工艺简单，成本低廉，可以实现工业化大规模生产。

技术领域

本发明属于纳米材料制备技术领域，特别是涉及一种具有结构可逆转变性质的金属氢氧化物插层一维纳米金属氧化物材料、制备方法及抽离方法。

背景技术

一维纳米金属氧化物在离子交换、插入反应、催化以及吸附方面有着独特的化学性能，而且在磁性和传导性上也有着特殊的物理性质。此类物质是由两种或者两种以上的单元结构层交替堆积而形成的。现如今有关一维纳米金属氧化物的研究主要集中在金属钴氧化物上，有关其他类型的一维纳米金属氧化物结构报道非常少，而一维纳米金属氧化物结构本身所具有两种或者两种以上金属氧化物的性质及其共同作用而产生的其他衍生特性使得一维纳米金属氧化物结构有着特殊的物理、化学结构特性，这些特性的产生又会影响到一维纳米金属氧化物结构复合氧化物在滇池电极材料、吸附材料以及催化领域的应用。

由于一维纳米金属氧化物具有特殊的结构特性、物理和化学性质以及热电效应而受到广泛关注。根据报道，现如今最著名、研究最多的一维纳米金属氧化物材料主要以钴氧化物材料为主。Isobe,Klimczuk,Shizuya,Miyazaki等人成功合成出了具有Ca-Co一维纳米金属氧化物结构复合氧化物，在这些复合氧化物中主体是具有CdI₂型三角形(triangular)结构CoO₂，客体是层状结构的钙氧化物，以CaOH和CaO为主。Isobe等人认为在一维纳米金属氧化物结构(CaOH)_1.14CoO₂中，每个Co离子周围被六个氧离子包围，而且Co-O键具有0.191nm和0.195nm两种键长，近似等于Co³⁺(r₁＝0.0545nm)和O^2-(r₂＝0.140nm)离子半径之和。八面体CoO₆的厚度大约为0.207nm，其中Co的价态接近+3价，由八面体CoO₆组成的层板间夹杂着CaOH层板。Klimczuk等人认为分子式为Ca₂₅Co₂₂O₅₆(OH)₂₈的Ca-Co复合氧化物具有一维纳米金属氧化物结构，层板分别由具有六边形结构的CoO₂和具有正方形结构的钙氧化氢氧化物组成，在CoO₂层板间夹杂着双层钙氧化氢氧化物。Shizuya等人经过研究证明八面体相(CaOH)_1.14CoO₂和单斜晶系的(Ca_0.85OH)_1.16CoO₂具有相同的化学组成，不同的是两种化合物具有不同的晶胞，两种化合物沿c-轴的CoO₂和CaOH的排布方式不同。Miyazaki等人也在无意间合成出了具有[Ca₂CoO₃]_pCoO₂化学通式的一维纳米金属氧化物结构，其中参数p是沿b-轴bCoO₂/bRS的比值(RS是岩-盐堆积型(rock-salt type)的[Ca₂CoO₃])，化合物中CdI₂-型CoO₂和三层岩-盐堆积型[Ca₂CoO₃]沿c-轴交替堆积形成Ca-Co一维纳米金属氧化物复合氧化物。而且，由于一维纳米金属氧化物材料所具有的特殊性质，一维纳米金属氧化物材料金属氧化物在半导体、磁性材料、铁电体(Ferroelectric)和催化领域都有很大的应用潜力。

现有技术主要存在如下3个主要缺点：