專利名稱：四氧化三鈷納米管及多孔納米晶的溶劑熱合成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于無機(jī)納米材料制備工藝技術(shù)領(lǐng)域，涉及無機(jī)納米材料的制備方法，具體的說是四氧化三鈷 納米管及多孔納米晶的合成方法?？蓱?yīng)用于鋰離子電池、燃料電池、催化劑、磁性材料和電子材料等方面。
背景技術(shù)：
四氧化三鈷是一種重要的反鐵磁性p型半導(dǎo)體材料，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于固態(tài)傳感器、電色譜器件、多 相催化和鋰離子電池等領(lǐng)域。對(duì)于納米尺度的四氧化三鈷，由于量子效應(yīng)和介電限域效應(yīng)使它們表現(xiàn)出一 系列特殊的磁學(xué)、電學(xué)和電化學(xué)特性。因此，制備具有良好性能的低維四氧化三鈷納米材料已經(jīng)成為目前 研究的熱點(diǎn)。
四氧化三鈷納米管的制備方法主要有模板法、微乳液法和溶劑熱法等。文獻(xiàn)報(bào)道的溶劑熱方法 (CN1948167A)使用的是醇作為溶劑，而醇的沸點(diǎn)較低，因而在相同條件下蒸汽壓較大，在密閉的容器 內(nèi)更容易發(fā)生危險(xiǎn)。另外，該方法在制備過程中還添加了礦化劑，使成本升高，操作過程變得復(fù)雜。本發(fā) 明就是針對(duì)目前溶劑熱方法中存在的問題，提供了一種操作更安全、簡單的四氧化三鈷納米管的制備方法。 對(duì)于多孔四氧化三鈷納米晶的制備方法，目前還鮮為報(bào)道。本發(fā)明也為多孔四氧化三鈷納米晶的制備提供 了一條簡單的合成路線。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的意義在于針對(duì)目前溶劑熱方法的缺陷，提供一種四氧化三鈷納米管及多孔納米晶的合成方 法，這種方法具有合成的四氧化三鈷尺度分布均一，大小可控，結(jié)晶度高，操作安全、容易，工藝重復(fù)性 好，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)。
本發(fā)明的特點(diǎn)在于使用高沸點(diǎn)的環(huán)己烷作為溶劑，使操作更安全，同時(shí)無需加入礦化劑，使操作更簡 單，成本更低廉。
四氧化三鈷合成步驟如下
將可溶性二價(jià)鈷鹽溶于環(huán)己烷，控制鈷離子濃度為0.01 —lmol/L，加入氨水作為絡(luò)合劑和沉淀劑，氨 水與環(huán)己烷的體積比為1:3,得到前體溶液。將上述前體溶液裝于密閉的襯有聚四氟乙烯的反應(yīng)釜中在220 一260 °C加熱晶化24—72小時(shí)，待晶化完畢后反應(yīng)釜溫度降至室溫，將產(chǎn)物水洗至中性，然后在120°C 真空干燥3小時(shí)得到四氧化三鈷納米管或多孔納米晶。


附圖1是合成的四氧化三鈷的X射線粉末衍射圖(由實(shí)施方案1中制備)。
附圖2、 3是合成的四氧化三鈷納米管的透射電子顯微鏡照片(由實(shí)施方案l中制備)。
附圖4是合成的四氧化三鈷多孔納米晶的透射電子顯微鏡照片(由實(shí)施方案2中制備)。
具體實(shí)施方案 實(shí)施方案1
在50mL燒杯中加入15mL環(huán)己烷，在攪拌下再加入0.88g硝酸亞鈷，繼續(xù)攪拌至硝酸亞鈷完全溶解， 然后加入5mL氨水，繼續(xù)攪拌10分鐘后，將上述溶液轉(zhuǎn)入50mL反應(yīng)釜中，在22(TC晶化48小時(shí)，反應(yīng)完畢 后反應(yīng)釜自然冷卻至室溫，所得黑色沉淀用去離子水洗滌至中性，所得產(chǎn)物在120 'C下真空干燥3小時(shí)，得 最終產(chǎn)物。 實(shí)施方案2
將實(shí)施方案1中硝酸亞鈷的質(zhì)量變?yōu)?.29g，其它條件不變。 實(shí)施方案3
將實(shí)施方案1中硝酸亞鈷的質(zhì)量變?yōu)?.76g，其它條件不變。 實(shí)施方案4
將實(shí)施方案1中硝酸亞鈷變?yōu)槁然瘉嗏?，其它條件不變。 實(shí)施方案5
將實(shí)施方案1中硝酸亞鈷變?yōu)橐宜醽嗏挘渌鼦l件不變。 實(shí)施方案6
將實(shí)施方案1中硝酸亞鈷變?yōu)榱蛩醽嗏?，其它條件不變。 實(shí)施方案7
將實(shí)施方案1中的晶化時(shí)間由48小時(shí)變?yōu)?0小時(shí)，其它條件不變。 實(shí)施方案8
將實(shí)施方案1中的晶化時(shí)間由48小時(shí)變?yōu)?6小時(shí)，其它條件不變。 實(shí)施方案9
將實(shí)施方案1中的晶化溫度由220 'C變?yōu)?40 °C,其它條件不變。 實(shí)施方案10
將實(shí)施方案l中的晶化溫度由220 'C變?yōu)?60 °C,其它條件不變。 本發(fā)明可通過實(shí)施方案詳細(xì)說明，但本發(fā)明不限于以上實(shí)施方案。
權(quán)利要求
1.一種四氧化三鈷納米管及多孔納米晶溶劑熱合成方法，其特征在于包括如下步驟a.反應(yīng)前體溶液制備將二價(jià)鈷鹽溶于環(huán)己烷，控制鈷離子濃度為0.01-1mol/L，加入氨水作為絡(luò)合劑和沉淀劑，氨水與環(huán)己烷的體積比為1∶3，得到前體溶液；b.溶劑熱合成四氧化三鈷納米管及多孔納米晶將上述前體裝于密閉的襯有聚四氟乙烯的反應(yīng)釜中加熱晶化，待晶化完畢后反應(yīng)釜溫度降至室溫，將產(chǎn)物水洗至中性，然后在120℃真空干燥3小時(shí)得到四氧化三鈷納米管或多孔納米晶。其中，晶化溫度為220-260℃，晶化時(shí)間為24-72小時(shí)。
2. 根據(jù)權(quán)利1要求的四氧化三鈷納米管及多孔納米晶的溶劑熱合成方法，其特征在于所述的鈷鹽為 硝酸亞鈷、氯化亞鈷，乙酸亞鈷，草酸亞鈷和硫酸亞鈷。
3. 根據(jù)權(quán)利1要求的四氧化三鈷納米管及多孔納米晶的溶劑熱合成方法，其特征在于所述的溶劑為 環(huán)己烷。
4. 根據(jù)權(quán)利1要求的四氧化三鈷納米管及多孔納米晶的溶劑熱合成方法，其特征在于所述的氨水濃度 為25—30%。
5. 根據(jù)權(quán)利1要求的四氧化三鈷納米管及多孔納米晶的溶劑熱合成方法，其特征在于所述的晶化溫度 優(yōu)先選自220°C，時(shí)間優(yōu)先選自48小時(shí)。
全文摘要
本發(fā)明是涉及一種溶劑熱制備四氧化三鈷納米管及多孔納米晶的方法，屬于無機(jī)納米材料制備工藝技術(shù)領(lǐng)域。該發(fā)明是以環(huán)己烷為溶劑，將二價(jià)鈷鹽溶于環(huán)己烷，加入氨水作為絡(luò)合劑和沉淀劑，控制鈷離子濃度為0.01-1mol/L，氨水與環(huán)己烷的體積比為1∶3，得到前體溶液。然后將此前體裝于密閉的襯有聚四氟乙烯的反應(yīng)釜中，在220-260℃溫度下晶化24-72小時(shí)，得到四氧化三鈷納米管或多孔納米晶。該方法合成的四氧化三鈷尺度分布均一，大小可控，成本低，設(shè)備簡單，操作安全、容易，工藝重復(fù)性好，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，適合工業(yè)放大生產(chǎn)。
文檔編號(hào)C01G51/00GK101348283SQ200810151270
公開日2009年1月21日 申請(qǐng)日期2008年9月9日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月9日
發(fā)明者宋立民, 張淑娟, 斌 陳 申請(qǐng)人:天津工業(yè)大學(xué)