專利名稱：一種制備納米級(jí)盤狀四氧化三鈷的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種結(jié)構(gòu)可控的無機(jī)材料的制備方法，尤其是涉及一種制備納米級(jí)盤狀四氧化三鈷的方法。
背景技術(shù)：
作為一個(gè)重要的ρ型半導(dǎo)體材料，四氧化三鈷因在傳感器件、異相催化、電致變色及磁學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用，而受到特別的關(guān)注。由于該材料在這些特定應(yīng)用領(lǐng)域的性質(zhì)與其微觀結(jié)構(gòu)緊密相關(guān)，因此，對(duì)具有特定微納結(jié)構(gòu)的四氧化三鈷進(jìn)行可控制備是材料學(xué)家們研究的一個(gè)重要方面。目前，通過一些合成途徑比如濕法、納米澆鑄法、 氧化物熱分解法及機(jī)械化學(xué)法等已經(jīng)得到了不同形貌和結(jié)構(gòu)的四氧化三鈷，如納米線 "Freestanding Mesoporous Quasi-Single-Crystal1ine Co3O4Nanowire Arrays"[Li Y G， Tan B and Wu Y Y. J. Am. Chem. Soc. 12814258-14259. 口006)]、納米管"Co3O4Mnomaterials in lithium-ion batteries and gas sensors，，[Li W Y, Xu L N and Chen J. Adv. Funct. Mater. 15851-857. (2005)]、立方 體“Co304nanoboxes Surfactant-templated fabrication and microstructure characterization，，[He T，Chen D R，Jiao X L and Wang Y L. Adv. Mater. 181078-1082. (2006)]、介孔結(jié)構(gòu) “Controllable Synthesis of Mesoporous Co3O4 Nanostructures with Tunable Morphology for Application in Supercapacitors，，[Xiong S L，Yuan C Z，Zhang M F，Xi B J and Qian Y T. Chem. Eur. J. 155320-5326. (2009)]和有序納米柱“Hydrothermal Synthesis of Hierarchical Nanocolumns of Cobalt Hydroxide and Cobalt Oxide，，[Shao Y Z，Sun J and Gao L. J. Phys. Chem. C 1136566-6572. (200 ]等。雖然盤狀結(jié)構(gòu)在高效率選擇性催化方面有特殊的應(yīng)用，但對(duì)于盤狀四氧化三鈷的研究還很少，除了其亞微米級(jí)盤的合成報(bào)道外 "High-Yield Preparation of Uniform Cobalt Hydroxide and Oxide Nanoplatelets and Their Characterization，，[Hou Y L, Kondoh H, Shimojo M, Kogure T and Ohta T. J. Phys. Chem. B 10919094-19098. 000 ]，納米級(jí)盤狀四氧化三鈷的合成還尚未涉及，這會(huì)大大限制四氧化三鈷的特定應(yīng)用，因?yàn)橄啾戎?，具有納米尺度的盤狀四氧化三鈷具有更大的比表面積，從而有望具有更高的催化活性。因此，探索一種結(jié)構(gòu)可控的納米級(jí)盤狀四氧化三鈷的制備方法，不僅可以豐富和完善四氧化三鈷生長(zhǎng)機(jī)制和制備工藝，還可同時(shí)獲得具有特殊結(jié)構(gòu)和優(yōu)良性能的產(chǎn)物，這對(duì)于拓展四氧化三鈷的應(yīng)用領(lǐng)域和前景具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種制備方法簡(jiǎn)便、 結(jié)構(gòu)易于控制、成本較低的制備納米級(jí)盤狀四氧化三鈷的方法。本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)一種制備納米級(jí)盤狀四氧化三鈷的方法，其特征在于，該方法包括以下步驟
(1)將乙腈、N，N-二甲基酰胺及去離子水按體積比為1 1 1加入至反應(yīng)釜， 得到混合溶液，然后向混合溶液中加入醋酸鈷及十六烷基三甲基氯化銨，攪拌使醋酸鈷和十六烷基三甲基氯化銨溶解，形成透明均勻溶液；(2)在攪拌條件下向反應(yīng)釜中加入30wt%的過氧化氫，然后旋緊反應(yīng)釜，將反應(yīng)釜置于150°C的烘箱中加熱10 15h，將得到的產(chǎn)物進(jìn)行離心分離后，再水洗，反復(fù)2-4次后自然干燥，得到黑色的粉末狀產(chǎn)物，即為產(chǎn)品。所述步驟(1)的溶液中醋酸鈷的摩爾濃度為2. 0 3. OmM。所述步驟(1)的溶液中十六烷基三甲基氯化銨的摩爾濃度為1. O 6. OmM。所述的步驟O)中過氧化氫的摩爾濃度為0. 6 1. 8M。所述的產(chǎn)品的微觀結(jié)構(gòu)為盤狀，厚度為3 5nm，直徑為10 40nm。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明合成的四氧化三鈷為納米級(jí)盤狀結(jié)構(gòu)，尺寸可控，晶化良好，具有低溫超順磁性，制備方法簡(jiǎn)單易行，重復(fù)性好，產(chǎn)物性質(zhì)穩(wěn)定，可廣泛用作電極材料、太陽能吸收材料、異相催化劑、電致變色器件以及氣體傳感器等。


圖1為實(shí)施例1得到產(chǎn)品的透射電子顯微鏡圖片。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。實(shí)施例1于一個(gè)50mL的聚四氟乙烯的反應(yīng)釜中，稱取0. 006g醋酸鈷、0. 012g十六烷基三甲基氯化銨(CTAC)加入到3mL乙腈，3mL N，N-二甲基酰胺和3mL水的混合液中，輕微攪拌直至醋酸鈷溶解完全，形成一個(gè)透明的均勻溶液。然后在攪拌下加入2mL，含量為30wt%的過氧化氫，混合充分，溶液中的醋酸鈷的摩爾濃度為2. 2mM，十六烷基三甲基氯化銨的摩爾濃度為4. OmM，過氧化氫的摩爾濃度為1. 8M。旋緊反應(yīng)釜，將其置入烘箱中于150°C靜置1 后，將產(chǎn)物進(jìn)行離心分離、水洗3次自然干燥后，得到黑色的粉末狀產(chǎn)物。如圖1中的TEM照所示，該產(chǎn)物為菱形盤狀，尺寸均勻，厚度約3nm，直徑約20nm，其磁滯曲線顯示，高于I該納米盤為超順磁體。實(shí)施例2于一個(gè)50mL的聚四氟乙烯的反應(yīng)釜中，稱取0. 006g醋酸鈷、0. 003g十六烷基三甲基氯化銨(CTAC)加入到3mL乙腈，3mL N，N-二甲基酰胺和3mL水的混合液中，輕微攪拌直至醋酸鈷溶解完全，形成一個(gè)透明的均勻溶液。然后在攪拌下加入2. OmL，含量為30wt% 的過氧化氫，混合充分，溶液中的醋酸鈷的摩爾濃度為2. 2mM，十六烷基三甲基氯化銨的摩爾濃度為l.OmM，過氧化氫的摩爾濃度為1.8M。旋緊反應(yīng)釜，將其置入烘箱中于150°C靜置 1 后，將產(chǎn)物進(jìn)行離心分離、水洗2次并自然干燥后，得到黑色的粉末狀產(chǎn)物。該產(chǎn)物為盤狀，厚度約5nm，直徑約20-40nm。實(shí)施例3于一個(gè)50mL的聚四氟乙烯的反應(yīng)釜中，稱取0.006g醋酸鈷、0.018g十六烷基三甲基氯化銨(CTAC)加入到3mL乙腈，3mL N，N-二甲基酰胺和3mL水的混合液中，輕微攪拌直
4至醋酸鈷溶解完全，形成一個(gè)透明的均勻溶液。然后在攪拌下加入2. OmL，含量為30%的過氧化氫，混合充分，溶液中的醋酸鈷的摩爾濃度為2. 2mM，十六烷基三甲基氯化銨的摩爾濃度為6. OmM，過氧化氫的摩爾濃度為1. 8M。旋緊反應(yīng)釜，將其置入烘箱中于150°C靜置1 后，將產(chǎn)物進(jìn)行離心分離、水洗4次自然干燥后，得到黑色的粉末狀產(chǎn)物。該產(chǎn)物為圓形或菱形盤狀，厚度約3nm，直徑約10-20nm。實(shí)施例4一種制備納米盤狀四氧化三鈷的方法，該方法包括以下步驟(1)將乙腈，N，N-二甲基酰胺及去離子水按體積比為1 1 1加入至反應(yīng)釜，得到混合溶液，然后向混合溶液中加入醋酸鈷及十六烷基三甲基氯化銨，開啟攪拌裝置使醋酸鈷及十六烷基三甲基氯化銨溶解，形成透明均勻溶液；(2)向反應(yīng)釜中加入30wt%的過氧化氫，繼續(xù)攪拌混合均勻，得到混合溶液，溶液中的醋酸鈷的摩爾濃度為2. OmM，十六烷基三甲基氯化銨的摩爾濃度為4. OmM，過氧化氫的摩爾濃度為0. 6M，然后旋緊反應(yīng)釜，將反應(yīng)釜置于150°C的烘箱中加熱10h，將得到的產(chǎn)物進(jìn)行離心分離、水洗3次并烘干后，得到黑色的粉末狀產(chǎn)物，即為產(chǎn)品四氧化三鈷(Co3O4)， 得到的四氧化三鈷的微觀結(jié)構(gòu)為盤狀，厚度約為5nm、直徑約為15-20nm。實(shí)施例5—種制備納米盤狀四氧化三鈷的方法，該方法包括以下步驟(1)將乙腈，N，N-二甲基酰胺及去離子水按體積比為1 1 1加入至反應(yīng)釜，得到混合溶液，然后向混合溶液中加入醋酸鈷及十六烷基三甲基氯化銨，開啟攪拌裝置使醋酸鈷及十六烷基三甲基氯化銨溶解，形成透明均勻溶液；(2)向反應(yīng)釜中加入30wt%的過氧化氫，繼續(xù)攪拌混合均勻，得到混合溶液，混合液中的醋酸鈷的摩爾濃度為3. OmM，十六烷基三甲基氯化銨的摩爾濃度為4. OmM，過氧化氫的摩爾濃度為1.2M，然后旋緊反應(yīng)釜，將反應(yīng)釜置于150°C的烘箱中加熱15h，將得到的產(chǎn)物進(jìn)行離心分離、水洗3次并自然干燥后，得到黑色的粉末狀產(chǎn)物，即為產(chǎn)品四氧化三鈷 (Co3O4),得到的四氧化三鈷的微觀結(jié)構(gòu)為盤狀，厚度約為3-5nm、寬度約為20-25nm。
權(quán)利要求
1.一種制備納米級(jí)盤狀四氧化三鈷的方法，其特征在于，該方法包括以下步驟(1)將乙腈、N，N-二甲基酰胺及去離子水按體積比為1 1 1加入至反應(yīng)釜，得到混合溶液，然后向混合溶液中加入醋酸鈷及十六烷基三甲基氯化銨，攪拌使醋酸鈷和十六烷基三甲基氯化銨溶解，形成透明均勻溶液；(2)在攪拌條件下向反應(yīng)釜中加入30wt%的過氧化氫，然后旋緊反應(yīng)釜，將反應(yīng)釜置于150°C的烘箱中加熱10 15h，將得到的產(chǎn)物進(jìn)行離心分離后，再水洗，反復(fù)2-4次后自然干燥，得到黑色的粉末狀產(chǎn)物，即為產(chǎn)品。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備納米級(jí)盤狀四氧化三鈷的方法，其特征在于，所述步驟(1)的溶液中醋酸鈷的摩爾濃度為2. 0 3. OmM。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備納米級(jí)盤狀四氧化三鈷的方法，其特征在于，所述步驟(1)的溶液中十六烷基三甲基氯化銨的摩爾濃度為1. 0 6. OmM。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備納米級(jí)盤狀四氧化三鈷的方法，其特征在于，所述的步驟O)中過氧化氫的摩爾濃度為0. 6 1. 8M。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備納米級(jí)盤狀四氧化三鈷的方法，其特征在于，所述的產(chǎn)品的微觀結(jié)構(gòu)為盤狀，厚度為3 5nm，直徑為10 40nm。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種制備納米級(jí)盤狀四氧化三鈷的方法，該方法包括以下步驟取適量的醋酸鈷和十六烷基氯化銨加入到盛有乙腈、N，N-二甲基酰胺和去離子水的混合液的反應(yīng)釜中，溶解后加入30wt％的過氧化氫，充分混合后，將反應(yīng)釜置于150℃的烘箱中，一定時(shí)間后取出自然冷卻，將反應(yīng)液離心分離、水洗，數(shù)次后既得粉末狀產(chǎn)物。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明合成的四氧化三鈷為納米級(jí)盤狀結(jié)構(gòu)，尺寸較均勻，晶化良好，具有低溫超順磁性，制備方法簡(jiǎn)單易行，重復(fù)性好，產(chǎn)物性質(zhì)穩(wěn)定，可廣泛用作電極材料、太陽能吸收材料、異相催化劑、電致變色器件以及氣體傳感器等。
文檔編號(hào)C01G51/04GK102336444SQ20101022932
公開日2012年2月1日 申請(qǐng)日期2010年7月16日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月16日
發(fā)明者包志豪, 彭成信, 楊金虎, 秦瑤, 趙鵬, 郭方方 申請(qǐng)人:同濟(jì)大學(xué)