[发明专利]一类三维多级结构四氧化三钴/碳/二氧化锰复合微纳米材料及其原位可控制备方法

摘要

本发明涉及一类三维多级结构四氧化三钴/碳/二氧化锰复合微纳米材料及其原位可控制备方法。以钴原料、氟化铵、尿素为原料在基底上原位生成一类具有多种特定形貌三维多级结构的四氧化三钴微纳米材料，经富碳溶液处理得相应四氧化三钴/碳复合材料，再经氧化还原控制方法相应生成二氧化锰包覆四氧化三钴的二元复合结构及二氧化锰包覆碳‑碳包覆四氧化三钴的三元复合结构。本发明方法简单、可操作性强、成本低廉、绿色环保，解决了传统纳米粉体用于器件时步骤繁琐、与基底结合性差、重复性差、电子传输性差等问题，可有效保持四氧化三钴的三维多级结构及特定形貌，可选择性生成二元及三元复合体系，所得产品形貌多样、尺寸均匀、不易团聚、纯度高。

主权项

一类原位生长三维多级结构四氧化三钴/碳/二氧化锰复合微纳米材料的可控制备方法，其特征在于具体步骤如下：a.将钴原料、氟化铵以1:2～1:5的摩尔比混合均匀，加入20～40ml去离子水分散搅拌5‑10min；将尿素溶解在10～30ml去离子水中，加入上述所得溶液，保持尿素与氟化铵摩尔比为1:1～2:5，分散搅拌5‑10min；将所得混合溶液转移至高压反应釜的聚四氟乙烯内胆中；对导电基底进行如下预处理：清水冲洗，洗洁精超声5～15min，清水、去离子水清洗，去离子水超声5～15min，无水乙醇冲洗并超声5～15min，无水乙醇冲洗，干燥；随后将其放入高压反应釜的聚四氟乙烯内胆中于100～150℃密闭恒温反应1～20h后，自然冷却至室温，用去离子水洗涤3～5次，于80～90℃干燥3～5h,于300～500℃煅烧3～6h,即得各种不同形貌的三维多级结构四氧化三钴微纳米材料；b.将原位可控制备的四氧化三钴微纳米材料浸入0.01～1M富碳化合物溶液中，浸泡0～72h，在惰性气体中于300～800℃煅烧1～6h,即得各种不同形貌的三维多级结构四氧化三钴/碳复合微纳米材料；c.将制备的四氧化三钴/碳复合微纳米材料转移至盛有0.01～1M高锰酸钾水溶液的高压反应釜的聚四氟乙烯内胆中，于120～180℃密闭恒温反应1～8h后，自然冷却至室温，用去离子水洗涤3～5次，于60～80℃干燥3～5h，即得各种不同形貌的具有三维孔道及多级结构的四氧化三钴/碳/二氧化锰复合微纳米材料；所得材料可通过可控制备方法得到多种不同形貌：向日葵花型、圆篾席型、成熟向日葵型、刺球花型、珊瑚型、海胆花型、绒球花型、太阳型、雪松型，具有三维孔道及多级结构，可通过氧化还原条件控制相应生成二氧化锰包覆四氧化三钴的二元复合结构及二氧化锰包覆碳‑碳包覆四氧化三钴的三元复合结构。