[发明专利]一种通过低共熔型离子液体制备四氧化三钴材料的方法

说明书

本发明公开一种通过低共熔型离子液体制备四氧化三钴材料的方法，属于无机功能材料制备领域，包括以下步骤：步骤1)配制低共熔型离子液体，将钴盐加入其中，磁力搅拌制备得到深蓝色的离子液体‑钴盐复合电镀液；步骤2)采用该电镀液进行电沉积，在阴极得到含钴镀层，洗涤、干燥后得到墨绿色的钴氢氧化物前驱体；步骤3)将上述前驱体进行煅烧，即得到黑色的四氧化三钴。本发明基于低共熔型离子液体的溶剂特点，提出一步电沉积辅助煅烧得到纳米级的粉末状或自支撑型的四氧化三钴产品，整个制备过程工艺流程简单，成本低廉，对环境无危害。

技术领域

本发明属于无机功能材料制备技术领域，具体涉及一种通过低共熔型离子液体制备四氧化三钴材料的方法。

背景技术

四氧化三钴外观呈灰黑色或者黑色，不溶于水、盐酸、硝酸、王水，能缓慢溶解于热硫酸中。四氧化三钴是一种拥有独特结构和特殊性能的功能材料，是当下用于制造锂离子电池正极材料钴酸锂的主要原材料。同时，四氧化三钴粉末也广泛应用于催化剂、超级电容器、硬质合金、无机颜料、压敏陶瓷等领域。

四氧化三钴材料的制备方法比较多，传统的方法有均匀沉淀法、室温固相反应法、机械球磨法、水热法等，目前，已经实现工业化生产的方法主要为湿法沉淀-煅烧法，即在控制温度、pH值等工艺条件下，以碳酸氢氨(氢氧化钠)为沉淀剂，生成碱式碳酸钴(前驱体)沉淀，经过滤、洗涤和干燥后，在873K左右高温煅烧，得到四氧化三钴粉末。近几年国内外又出现了一些新的制备方法，如喷雾热分解法、还原氧化法、溶剂热法、(ISC-Co)热分解法、有机物改性煅烧法等。但这些方法多处于实验室研究阶段，且工艺复杂，原料使用种类多且复杂而导致其生产成本偏高、污染较大。

发明内容

为解决上述现有技术存在的问题，本发明提供一种通过低共熔型离子液体制备四氧化三钴材料的方法。与传统水体系相比，离子液体完全由阴阳离子构成，无质子干扰，其独特的氢键有序结构和软模板效应，在纳米功能材料的制备中起到了重要作用。本发明利用低共熔型离子液体的性质特点，通过使用低共熔型离子液体一步电沉积+煅烧法即可得到四氧化三钴产品，且电镀液体系能多次重复使用。在制备过程中无污染物产生，绿色环保。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种通过低共熔型离子液体制备四氧化三钴材料的方法，包括以下步骤：

(1)制备低共熔型离子液体，将钴盐加入其中，磁力搅拌制备得到深蓝色的离子液体-钴盐复合电镀液；

(2)采用离子液体-钴盐复合电镀液进行电沉积，在阴极得到含钴镀层，洗涤、干燥后，即得到墨绿色的自支撑型含钴前驱体；若刮下镀层进行研磨，可得到的含钴前驱体粉末；

(3)对自支撑型含钴前驱体进行煅烧处理，即可得到灰黑色的四氧化三钴。

进一步地，步骤(1)所述低共熔型离子液体为氯化胆碱-乙二醇混合得到的Ethaline体系、氯化胆碱-丙三醇混合得到的Glyceline体系或者氯化胆碱-尿素混合得到的Reline体系中的一种。

氯化胆碱与乙二醇的摩尔比为1:2或1:3。

氯化胆碱与丙三醇的摩尔比为1:2或1:3。

氯化胆碱与尿素的摩尔比为1:2或1:3。

进一步地，步骤(1)所述钴盐为六水合硝酸钴或无水硝酸钴，其在低共熔型离子液体中溶解得到的钴盐电解液的浓度在0.1-0.5mol/L之间。

进一步地，步骤(2)所述电沉积采用两电极体系，包括一个阴极和两个阳极；其中阴极为铜片或碳纸，双阳极为惰性材料。惰性材料为石墨板、铅银合金等。