一種氧化亞鈷納米粒子的溶劑熱制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及氧化亞鈷納米粒子，尤其是涉及以六水合硝酸鈷為鈷源，通過單步溶劑熱法、離心清洗和真空干燥等工藝的一種氧化亞鈷納米粒子的溶劑熱制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]CoO是一種十分具有應(yīng)用前景的材料，因其磁性能、電化學(xué)性能而受到廣泛關(guān)注，具有作為陽極電池材料的巨大潛力，它在鋰離子電池、氣體傳感器、電變色裝置以及超級電容器等電子產(chǎn)品中都發(fā)揮著重要作用。
[0003]He 等(He X M, Shi H G.Synthesis and anomalous magnetic properties ofhexagonal CoO nanoparticles [J], Mater Res Bull, 2011, 46 (10): 1692)米用簡單的熱分解法制備了 CoO顆粒，尺寸分布在38?93nm范圍內(nèi)，實驗數(shù)據(jù)表明它們是金字塔形，并且具有密排六方結(jié)構(gòu)。經(jīng)測試發(fā)現(xiàn)，其具有反常磁性能，具體表現(xiàn)在以下幾方面:(I)在300K左右時，反鐵磁轉(zhuǎn)變會消失；(2)在低于6?IlK的阻塞溫度電容為1090F/g，此時，掃描速率是10mV/S。這些納米顆粒作為超級電容器的陰極材料測試時具有突出的超電容特性和循環(huán)壽命。
[0004]溶劑熱合成是在高溫高壓反應(yīng)釜中進(jìn)行并采用有機(jī)溶劑作為傳遞壓力的介質(zhì)和礦化劑，通過對反應(yīng)體系加熱，在其中產(chǎn)生一個高溫高壓的環(huán)境，從而進(jìn)行無機(jī)合成與材料制備的一種有效方法。它可以有效杜絕前驅(qū)物，產(chǎn)物的水解氧化，有利于合成反應(yīng)的順利進(jìn)行；還可以實現(xiàn)在其他的常規(guī)條件下難以進(jìn)行的新的化學(xué)反應(yīng)，還能獲得各種新的物相、亞穩(wěn)相、不定比化合物及多元復(fù)合納米材料；溶劑熱合成還有利于生成具有晶型完美、規(guī)則取向的材料，且合成的產(chǎn)物純度較高，通過選擇和調(diào)整反應(yīng)溫度、溶劑、表面活性劑等，可以對納米材料的形狀、尺寸和結(jié)構(gòu)等進(jìn)行控制，從而為新材料打下堅實的基礎(chǔ)(李群.納米材料的制備與應(yīng)用技術(shù)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2008)。溶劑熱法是合成鈷氧化物納米粒子的常用方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供簡單、高效，可規(guī)?；a(chǎn)的一種氧化亞鈷納米粒子的溶劑熱制備方法。
[0006]本發(fā)明包括以下步驟:
[0007]I)向氫氧化鈉溶液中加入硝酸鈷溶液，再加入表面活性劑，即得混合液；
[0008]2)將步驟I)得到的混合液轉(zhuǎn)移至配有聚四氟乙烯內(nèi)襯的反應(yīng)釜中并密封，將反應(yīng)釜放入烘箱中反應(yīng)，再冷卻至室溫，離心清洗，棄上清液，得到濃溶膠；
[0009]3)將步驟2)得到的濃溶膠干燥后即得氧化亞鈷納米粒子粉末；或
[0010]在步驟2)得到的濃溶膠中加入無水乙醇，即得氧化亞鈷納米粒子溶膠，密封后在4°C下長期儲存。
[0011]在步驟I)中，所述氫氧化鈉溶液、硝酸鈷溶液、表面活性劑的配比可為7.5mL: 6mL: (0.03?0.05) g，其中，氫氧化鈉溶液、硝酸鈷溶液以體積計算，表面活性劑以質(zhì)量計算；所述氫氧化鈉溶液的摩爾濃度可為0.5?1M，所述硝酸鈷溶液的摩爾濃度可為0.03?0.2M ;所述氫氧化鈉溶液和硝酸鈷溶液可采用無水乙醇配制；所述表面活性劑可選自十六烷基三甲基溴化銨粉末或肉豆蔻酸粉末等。
[0012]在步驟2)中，所述聚四氟乙烯內(nèi)襯可采用25mL聚四氟乙烯內(nèi)襯；所述烘箱的溫度可為110?180°C，反應(yīng)的時間可為4?13h ;所述離心清洗可用無水乙醇離心洗滌3遍，所述離心的條件可為8000rpm下離心lOmin。
[0013]在步驟3)中，所述干燥可采用真空干燥，真空干燥的條件可為60°C、_0.1MPa。
[0014]本發(fā)明制備了結(jié)晶性良好的多晶氧化亞鈷納米顆粒，粒徑約20nm。本發(fā)明具有制備流程簡單高效、重現(xiàn)性好、產(chǎn)物純度高、結(jié)晶性好、原料價格低廉、能耗低、環(huán)境友好且易工業(yè)化放大等優(yōu)點，特別適合低成本制備氧化亞鈷的工業(yè)化生產(chǎn)。
【附圖說明】
[0015]圖1為實施例1中制備的氧化亞鈷納米粒子的TEM圖。
[0016]圖2為實施例1中制備的氧化亞鈷納米粒子的HRTEM圖。
[0017]圖3為實施例1中制備的氧化亞鈷納米粒子的SEAD圖。
[0018]圖4為實施例1中制備的氧化亞鈷納米粒子的XRD圖。
[0019]圖5為實施例2中制備的氧化亞鈷納米粒子的TEM圖。
[0020]圖6為實施例3中制備的氧化亞鈷納米粒子的TEM圖。
[0021]圖7為實施例3中制備的氧化亞鈷納米粒子的SAED圖。
【具體實施方式】
[0022]以下通過實施例和附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0023]實施例1:
[0024]在持續(xù)攪拌下向7.5mL 0.5M氫氧化鈉溶液中緩慢滴加6mL 0.2M硝酸鈷溶液。再一次性加入0.03g十六烷基三甲基溴化銨粉末，繼續(xù)攪拌15min。然后將上述混合液轉(zhuǎn)移至配有25mL聚四氟乙烯內(nèi)襯的高壓反應(yīng)釜(Autoclave)中并密封，將反應(yīng)釜放入180°C的烘箱中反應(yīng)5h后取出。待空冷至室溫后，用無水乙醇離心洗滌三遍，再將所得沉淀真空干燥得到產(chǎn)物。
[0025]實施例1中制備的氧化亞鈷納米粒子的??Μ圖參見圖1，制備的氧化亞鈷納米粒子的HRTEM圖參見圖2，制備的氧化亞鈷納米粒子的SEAD圖參見圖3，制備的氧化亞鈷納米粒子的XRD圖參見圖4。
[0026]實施例2:
[0027]在持續(xù)攪拌下向7.5mL IM氫氧化鈉溶液中緩慢滴加6mL 0.03M硝酸鈷溶液。再一次性加入0.05g肉豆蔻酸粉末，繼續(xù)攪拌15min。然后將上述混合液轉(zhuǎn)移至配有25mL聚四氟乙稀內(nèi)襯的高壓反應(yīng)Il (Autoclave)中并密封，將反應(yīng)Il放入180°C的烘箱中反應(yīng)4h后取出。待空冷至室溫后，用無水乙醇離心洗滌三遍，再將所得沉淀真空干燥得到產(chǎn)物。
[0028]實施例2中制備的氧化亞鈷納米粒子的??Μ圖參見圖5。
[0029]實施例3:
[0030]在持續(xù)攪拌下直接向7.5mL IM氫氧化鈉溶液中緩慢滴加6mL 0.03M硝酸鈷溶液。繼續(xù)攪拌15min。然后將上述混合液轉(zhuǎn)移至配有25mL聚四氟乙烯內(nèi)襯的高壓反應(yīng)釜(Autoclave)中并密封，將反應(yīng)釜放入110°C的烘箱中反應(yīng)13h后取出。待空冷至室溫后，用無水乙醇離心洗滌三遍，再將所得沉淀真空干燥得到產(chǎn)物。
[0031]實施例3中制備的氧化亞鈷納米粒子的??Μ圖參見圖6，制備的氧化亞鈷納米粒子的SAED圖參見圖7。
[0032]本發(fā)明通過單步溶劑熱法、離心清洗、真空干燥等技術(shù)，簡單高效地制備氧化亞鈷納米粒子，并通過XRD、TEM、HRTEM、SAED等表征手段確定其組成、形貌和結(jié)晶性能。該方法制備的氧化亞鈷納米粒子呈顆粒狀，粒徑約20nm，本發(fā)明具有制備流程簡單，重現(xiàn)性好，產(chǎn)物純度高、結(jié)晶性好等優(yōu)點，適于工業(yè)化生產(chǎn)。
【主權(quán)項】
1.一種氧化亞鈷納米粒子的溶劑熱制備方法，其特征在于包括以下步驟: 1)向氫氧化鈉溶液中加入硝酸鈷溶液，再加入表面活性劑，即得混合液； 2)將步驟I)得到的混合液轉(zhuǎn)移至配有聚四氟乙烯內(nèi)襯的反應(yīng)釜中并密封，將反應(yīng)釜放入烘箱中反應(yīng)，再冷卻至室溫，離心清洗，棄上清液，得到濃溶膠； 3)將步驟2)得到的濃溶膠干燥后即得氧化亞鈷納米粒子粉末；或 在步驟2)得到的濃溶膠中加入無水乙醇，即得氧化亞鈷納米粒子溶膠，密封后在4°C下長期儲存。
2.如權(quán)利要求1所述一種氧化亞鈷納米粒子的溶劑熱制備方法，其特征在于在步驟I)中，所述氫氧化鈉溶液、硝酸鈷溶液、表面活性劑的配比為7.5mL: 6mL: (0.03?0.05) g，其中，氫氧化鈉溶液、硝酸鈷溶液以體積計算，表面活性劑以質(zhì)量計算；所述氫氧化鈉溶液的摩爾濃度為0.5?1M，所述硝酸鈷溶液的摩爾濃度為0.03?0.2M。
3.如權(quán)利要求1所述一種氧化亞鈷納米粒子的溶劑熱制備方法，其特征在于在步驟I)中，所述氫氧化鈉溶液和硝酸鈷溶液均采用無水乙醇配制。
4.如權(quán)利要求1所述一種氧化亞鈷納米粒子的溶劑熱制備方法，其特征在于在步驟I)中，所述表面活性劑選自十六烷基三甲基溴化銨粉末或肉豆蔻酸粉末。
5.如權(quán)利要求1所述一種氧化亞鈷納米粒子的溶劑熱制備方法，其特征在于在步驟2)中，所述聚四氟乙稀內(nèi)襯采用25mL聚四氟乙稀內(nèi)襯。
6.如權(quán)利要求1所述一種氧化亞鈷納米粒子的溶劑熱制備方法，其特征在于在步驟2)中，所述烘箱的溫度為110?180°C，反應(yīng)的時間為4?13h。
7.如權(quán)利要求1所述一種氧化亞鈷納米粒子的溶劑熱制備方法，其特征在于在步驟2)中，所述離心清洗是用無水乙醇離心洗滌3遍，所述離心的條件為8000rpm下離心lOmin。
8.如權(quán)利要求1所述一種氧化亞鈷納米粒子的溶劑熱制備方法，其特征在于在步驟3)中，所述干燥采用真空干燥，真空干燥的條件為60°C、_0.1MPa0
【專利摘要】一種氧化亞鈷納米粒子的溶劑熱制備方法，涉及氧化亞鈷納米粒子。1)向氫氧化鈉溶液中加入硝酸鈷溶液，再加入表面活性劑，即得混合液；2)將步驟1)得到的混合液轉(zhuǎn)移至配有聚四氟乙烯內(nèi)襯的反應(yīng)釜中并密封，將反應(yīng)釜放入烘箱中反應(yīng)，再冷卻至室溫，離心清洗，棄上清液，得到濃溶膠；3)將步驟2)得到的濃溶膠干燥后即得氧化亞鈷納米粒子粉末；或在步驟2)得到的濃溶膠中加入無水乙醇，即得氧化亞鈷納米粒子溶膠，密封后在4℃下長期儲存。制備流程簡單高效、重現(xiàn)性好、產(chǎn)物純度高、結(jié)晶性好、原料價格低廉、能耗低、環(huán)境友好且易工業(yè)化放大等優(yōu)點，特別適合低成本制備氧化亞鈷的工業(yè)化生產(chǎn)。
【IPC分類】C01G51-04
【公開號】CN104787807
【申請?zhí)枴緾N201510224938
【發(fā)明人】肖宗源, 陳森元, 馮安妮, 羅揚淅, 邵文堯
【申請人】廈門大學(xué)
【公開日】2015年7月22日
【申請日】2015年5月6日