[发明专利]一种尺寸可控的四氧化三钴纳米颗粒的制备方法

说明书

本发明提供一种尺寸可控的四氧化三钴纳米颗粒的制备方法，该方法包括以下步骤：1)将钴盐溶于去离子水中形成均一溶液A；2)将碱溶于去离子水中形成均一溶液B；3)将溶液A和溶液B分别与适量的表面活性剂，烷烃，醇类混合，得到微乳液C、D；4)将微乳液C、D进行混合得到微乳液E；5)所得的微乳液E转移至反应釜中进行水热反应，经洗涤，干燥，焙烧后得到四氧化三钴纳米颗粒。本发明实验工艺简单、产率高、粒度分布均匀、尺寸可控，易于大规模生产。

技术领域

本发明属于纳米材料技术领域，尤其涉及一种尺寸可控的四氧化三钴纳米颗粒的制备方法。

背景技术

四氧化三钴在一氧化碳低温催化燃烧方面有着卓越的表现，其价格低廉、合成简单、性能可媲美贵金属。因此，四氧化三钴在一氧化碳低温催化燃烧方面有着广阔的前景。目前，关于四氧化三钴催化的晶面效应已有较多的报道，例如申文杰等人以乙醇和三乙胺的混合溶液为溶剂，合成了尺寸为10nm的Co₃O₄立方体；有机溶剂的存在有效地分离了纳米晶的成核和生长过程，同时作为表面活性剂包覆在纳米晶表面，既有效阻止了纳米晶的团聚，又提高了其化学稳定性(LV YG,Li Y.,Ta N.,Shen W.J,Sci China Chem.,2014,57(6):873-880.)；Yang等人利用CTAC或SDS选择性地吸附在(100)晶面上,实现了沿(111)方向的定向生长，以CoCl₂·6H₂O为前驱体于150℃进行水热处理，得到边长分别为150或120nm的Co₃O₄立方体[Yang JH,Sasaki T.,Cryst.Growth Des.,2010,10:1233-1239.]。基于类似的原理，在烷基羧酸阴离子、油胺、油酸钠、PVP等结构导向剂的作用下，可合成边长为3.5-30nm的Co₃O₄立方体[Hu LH,Peng Q.,Li YD,J.Am.Chem.Soc.2008,130:16136-16137；Teng,YH,Yamamoto S.,Kusano Y.,Azuma M.,Shimakawa Y.,Mater.Lett.,2010,64:239-242；Chen JS,Zhu T.,Hu QH,Gao J J,Su FB,Qiao SZ,Lou XW,ACS Appl.Mater.Interfaces2010,2:3628-3635；Ma CY,Mu Z.,Li JJ,Jin YG,Cheng J.,Lu GQ,Hao ZP,Qiao SZ,J.Am.Chem.Soc.,2010,132:2608-2613.]。为了合成尺寸更小的Co₃O₄纳米粒子，可以利用具有形貌、结构周期性排列的介孔硅材料为模板剂[Gu D.,Jia CJ,Weidenthaler C.,Bongard HJ,Spliethoff B.,Schmidt W.,Schuth F.,J.Am.Chem.Soc.,2015,137:11407-11418.]或高温热分解法[Viacheslav Iablokov,Roland Barbosa,Glenn Pollefeyt,Isabel Van Driessche,Sergey Chenakin,and Norbert Kruse.ACS Catal.2015.5:5714-5718.18]，合成尺寸可以精确调控的纳米Co₃O₄粒子(3.5-12.2nm)；通过其它介孔材料为模板剂亦可以合成尺寸和结构均一的Co₃O₄纳米粒子[Kwak G.,Hwang J.,Cheon JY,Woo MH.,Jun KW,Lee JW,Ha KS,J.Phys.Chem.C.,2013,117:1773-1779.]。