本發(fā)明涉及一種氫氧化鈷的合成方法，特別涉及一種具有六邊形納米片狀結(jié)構(gòu)的氫氧化鈷的合成方法。

背景技術(shù)：

片狀氫氧化鈷以及由片狀氫氧化鈷獲得納米級(jí)的片狀氧化鈷、四氧化三鈷具有獨(dú)特的層狀結(jié)構(gòu)、多電子的反應(yīng)特征以及良好的氧化還原反應(yīng)活性，在超級(jí)電容器、鋰離子電池、鎳氫電池中有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。尤其作為超級(jí)電容器電極材料，片狀氫氧化鈷理論比電容為3458F/g，具有非常好的應(yīng)用價(jià)值。采用傳統(tǒng)方法制得的氫氧化鈷比電容在200～341F/g范圍內(nèi)，獲得納米級(jí)的片狀氫氧化鈷是提高其性能的關(guān)鍵。目前國(guó)內(nèi)外氫氧化鈷的合成方法主要是采用氯化鈷和氫氧化鈉直接反應(yīng)法(池汝安，陳志偉，路莎莎.武漢工程大學(xué)學(xué)報(bào)ISTIC,2014,36(4)，7-11)、水熱法(Liu X,Yi R,Zhang N,et al.Chemistry–An Asian Journal,2008,3(4)，732-738；莫麗萍，石俊等.西北師范大學(xué)學(xué)報(bào)，2008，44(1)，56-68)。這兩種方法已成熟應(yīng)用，但存在以下問(wèn)題：

(1)采用氫氧化鈉與氯化鈷、硝酸鈷和硫酸鈷反應(yīng)沉淀：利用氫氧化鈉作為沉淀劑時(shí)，反應(yīng)速度很快，反應(yīng)條件很難控制，生成的氫氧化鈷基本上是無(wú)定形的，產(chǎn)物的形貌很難控制，且產(chǎn)物的粒徑很大，比表面積低。而且在強(qiáng)堿條件下，氫氧化鈷容易被氧化。

(2)用水熱法制備納米六邊形片狀氫氧化鈷：水熱法制備氫氧化鈷，通常是采用有機(jī)胺，如乙二胺、三乙胺等作為堿性沉淀劑和鈷離子配位體，在較高的溫度下，與鈷離子緩慢沉淀，最終獲得六邊形片狀氫氧化鈷。雖然該方法可以獲得規(guī)則的納米片狀氫氧化鈷，但是反應(yīng)物濃度很低，產(chǎn)量低，而且反應(yīng)溫度高，時(shí)間長(zhǎng)，很難實(shí)現(xiàn)批量化生產(chǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種可在室溫下，快速、簡(jiǎn)便并且大量制備六邊形片狀氫氧化鈷的合成方法。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案：

一種六邊形片狀氫氧化鈷的合成方法，包括如下步驟：先將鈷鹽溶解于去離子水中，得到鈷鹽溶液；再將苛性堿和一種或幾種小分子含氮配體溶解于去離子水中 作為沉淀劑溶液；然后將沉淀劑溶液加入鈷鹽溶液中，與鈷離子反應(yīng)生成氫氧化鈷。

所述的鈷鹽可為硝酸鈷、氯化鈷或硫酸鈷。

所述的苛性堿可為氫氧化鈉或氫氧化鉀。

所述的小分子含氮配體為C_xH_yRR’R”(NH_z’)_z，其中，x≥0，y≥0，z≥1，z’≥0；優(yōu)選的，10≥x≥0，30≥y≥0，6≥z≥1，4≥z’≥0，x、y和z’為0或整數(shù)，z為整數(shù)；R、R’、R”是H或含碳0～10的烷基。如水合肼、乙二胺和/或三乙胺等。

上述反應(yīng)中，鈷鹽溶液的濃度在1mol/L～0.001mol/L之間，苛性堿與鈷鹽的摩爾比為0.1:1-10:1，小分子含氮配體與鈷鹽的摩爾比為0.01:1-40:1。

上述方法中，將沉淀劑溶液快速(如在5分鐘內(nèi))加入鈷鹽溶液中；反應(yīng)需在強(qiáng)烈的攪拌下進(jìn)行，如轉(zhuǎn)速范圍為50-1000轉(zhuǎn)/分；且無(wú)需保護(hù)氣氛。反應(yīng)后進(jìn)行清洗(如離心清洗，去離子水和無(wú)水乙醇清洗)，干燥(如在氮?dú)鈿夥眨?0℃下)，得到六邊形納米片狀氫氧化鈷。

本發(fā)明在氫氧根離子與鈷離子反應(yīng)沉淀過(guò)程中，加入一種或幾種一定量的小分子含氮配體，含氮配體與鈷離子有強(qiáng)烈的配合作用，使得氫氧化鈷按照一定方向生長(zhǎng)，最后形成邊長(zhǎng)100-400納米的六邊形片狀結(jié)構(gòu)；該片狀結(jié)構(gòu)可以在較高的濃度和室溫條件下獲得，且反應(yīng)時(shí)間很短，可實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)。

本發(fā)明的合成方法的優(yōu)點(diǎn)：采用小分子含氮配體作為氫氧化鈷沉淀的輔助劑，不僅抑制了氫氧化鈷的氧化，還促進(jìn)了氫氧化鈷分子的定向排列，在水溶液中，在很寬的濃度范圍內(nèi)，僅向堿溶液中加入一定量的小分子含氮配體，即可使氫氧根離子和鈷離子的沉淀產(chǎn)物形成規(guī)則的六邊形納米片狀氫氧化鈷。反應(yīng)過(guò)程中不需要加入分散劑，反應(yīng)快速，產(chǎn)物易分離。本發(fā)明的合成方法是一種極其簡(jiǎn)單，有很好工業(yè)化生產(chǎn)應(yīng)用前景的片狀納米氫氧化鈷合成方法。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例1合成的六邊形片狀氫氧化鈷的透射電鏡圖譜。

圖2是本發(fā)明實(shí)施例2合成的六邊形片狀氫氧化鈷的透射電鏡圖譜。

圖3是本發(fā)明實(shí)施例2合成的六邊形片狀氫氧化鈷的X射線衍射譜圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明揭示了一種簡(jiǎn)便合成六邊形納米片狀氫氧化鈷的方法，具體步驟如下：首先配置一定濃度的氯化鈷水溶液，然后配置一定濃度的苛性堿和一種或兩種以上小分子含氮配體的混合溶液。在劇烈攪拌(轉(zhuǎn)速范圍為50-1000轉(zhuǎn)/分)的情況下，將苛性堿和小分子含氮配體混合溶液直接快速(5分鐘內(nèi))加入至氯化鈷溶液中，攪 拌半小時(shí)，然后離心清洗。清洗后產(chǎn)物經(jīng)過(guò)熱處理可獲得六邊形片狀氧化鈷。

以下實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的內(nèi)容，但不應(yīng)理解為對(duì)本發(fā)明的限制。

實(shí)施例1

配置0.5mol/L的氯化鈷水溶液；將10g氫氧化鈉和1ml水合肼溶解于去離子水中。在強(qiáng)烈攪拌的情況下，向氯化鈷溶液中快速加入氫氧化鈉和水合肼混合溶液，使得氫氧化鈉和氯化鈷的摩爾比為5:1，水合肼與氯化鈷的摩爾比為0.35:1，充分反應(yīng)，用去離子水和無(wú)水乙醇清洗，然后在氮?dú)鈿夥眨?0℃下干燥4小時(shí)，即可得到如圖1所示的六邊形納米片狀氫氧化鈷。

實(shí)施例2

配置0.005mol/L的氯化鈷水溶液；將0.05g氫氧化鈉和0.5ml水合肼溶解于去離子水中。在強(qiáng)烈攪拌的情況下，向氯化鈷溶液中快速加入氫氧化鈉和水合肼混合溶液，使得氫氧化鈉和氯化鈷的摩爾比為2.5:1，水合肼與氯化鈷的摩爾比為17.5:1，充分反應(yīng)，用去離子水和無(wú)水乙醇清洗，然后在氮?dú)鈿夥障拢?0℃下干燥4小時(shí)，即可得到如圖2所示的六邊形納米片狀氫氧化鈷。圖3顯示所合成的六邊形納米片狀氫氧化鈷具有很好的晶體結(jié)構(gòu)，所合成的六邊形納米片狀氫氧化鈷為β氫氧化鈷。

實(shí)施例3

配置0.05mol/L的氯化鈷水溶液；將0.5g氫氧化鈉和10ml水合肼溶解于去離子水中。在強(qiáng)烈攪拌的情況下，向氯化鈷溶液中快速加入氫氧化鈉和水合肼混合溶液，使得氫氧化鈉和氯化鈷的摩爾比為2.5:1，水合肼與氯化鈷的摩爾比為35:1，充分反應(yīng)，用去離子水和無(wú)水乙醇清洗，然后在氮?dú)鈿夥眨?0℃下干燥4小時(shí)，即可得到六邊形納米片狀氫氧化鈷。

實(shí)施例4

配置0.05mol/L的氯化鈷水溶液；將1g氫氧化鈉和1ml水合肼溶解于去離子水中。在強(qiáng)烈攪拌的情況下，向氯化鈷溶液中快速加入氫氧化鈉和水合肼混合溶液，使得氫氧化鈉和氯化鈷的摩爾比為5:1，水合肼與氯化鈷的摩爾比為3.5:1，充分反應(yīng)，用去離子水和無(wú)水乙醇清洗，然后在氮?dú)鈿夥眨?0℃下干燥4小時(shí)，即可得到六邊形納米片狀氫氧化鈷。

實(shí)施例5

配置0.05mol/L的氯化鈷水溶液；將0.5g氫氧化鉀和1ml水合肼溶解于去離子水中。在強(qiáng)烈攪拌的情況下，向氯化鈷溶液中快速加入氫氧化鉀和水合肼混合溶液，使得氫氧化鉀和氯化鈷的摩爾比為1.8:1，水合肼與氯化鈷的摩爾比為3.5:1，充分反應(yīng)，用去離子水和無(wú)水乙醇清洗，然后在氮?dú)鈿夥眨?0℃下干燥4小時(shí)，即可得 到六邊形納米片狀氫氧化鈷。

實(shí)施例6

配置0.05mol/L的氯化鈷水溶液；將1g氫氧化鉀和0.5g乙二胺、1ml水合肼溶解于去離子水中。在強(qiáng)烈攪拌的情況下，向氯化鈷溶液中快速加入氫氧化鉀和乙二胺混合溶液，使得氫氧化鉀和氯化鈷的摩爾比為3.6:1，水合肼和乙二胺與氯化鈷的摩爾比為5.2:1，充分反應(yīng)，用去離子水和無(wú)水乙醇清洗，然后在氮?dú)鈿夥眨?0℃下干燥4小時(shí)，即可得到六邊形納米片狀氫氧化鈷。

實(shí)施例7

配置0.05mol/L的氯化鈷水溶液；將1g氫氧化鉀和0.5g三乙胺溶解于去離子水中。在強(qiáng)烈攪拌的情況下，向氯化鈷溶液中快速加入氫氧化鉀和三乙胺混合溶液，使得氫氧化鉀和氯化鈷的摩爾比為3.6:1，三乙胺與氯化鈷的摩爾比為1:1，充分反應(yīng)，用去離子水和無(wú)水乙醇清洗，然后在氮?dú)鈿夥眨?0℃下干燥4小時(shí)，即可得到六邊形納米片狀氫氧化鈷。

實(shí)施例8

配置0.05mol/L的硝酸鈷水溶液；將1g氫氧化鉀和0.5g三乙胺溶解于去離子水中。在強(qiáng)烈攪拌的情況下，向硝酸鈷溶液中快速加入氫氧化鉀和三乙胺混合溶液，使得氫氧化鉀和硝酸鈷的摩爾比為3.6:1，三乙胺與硝酸鈷的摩爾比為1:1，充分反應(yīng)，用去離子水和無(wú)水乙醇清洗，然后在氮?dú)鈿夥眨?0℃下干燥4小時(shí)，即可得到六邊形納米片狀氫氧化鈷。

實(shí)施例9

配置0.001mol/L的硫酸鈷水溶液；將0.01g氫氧化鉀和0.05g三乙胺溶解于去離子水中。在強(qiáng)烈攪拌的情況下，向硫酸鈷溶液中快速加入氫氧化鉀和三乙胺混合溶液，使得氫氧化鉀和硫酸鈷的摩爾比為1.8:1，三乙胺與硫酸鈷的摩爾比為5:1，充分反應(yīng)，用去離子水和無(wú)水乙醇清洗，然后在氮?dú)鈿夥眨?0℃下干燥4小時(shí)，即可得到六邊形納米片狀氫氧化鈷。

實(shí)施例10

配置0.5mol/L的硝酸鈷水溶液；將10g氫氧化鈉和0.05ml水合肼溶解于去離子水中。在強(qiáng)烈攪拌的情況下，向硝酸鈷溶液中快速加入氫氧化鈉和水合肼混合溶液，使得氫氧化鈉和硝酸鈷的摩爾比為5:1，水合肼與硝酸鈷的摩爾比為0.02:1，充分反應(yīng)，用去離子水和無(wú)水乙醇清洗，然后在氮?dú)鈿夥眨?0℃下干燥4小時(shí)，即可得到六邊形納米片狀氫氧化鈷。

實(shí)施例11

配置1.0mol/L的氯化鈷水溶液；將5g氫氧化鈉和0.05ml水合肼溶解于去離子水中。在強(qiáng)烈攪拌的情況下，向氯化鈷溶液中快速加入氫氧化鈉和水合肼混合溶液，使得氫氧化鈉和氯化鈷的摩爾比為1.25:1，水合肼與氯化鈷的摩爾比為0.01:1，充分反應(yīng)，用去離子水和無(wú)水乙醇清洗，然后在氮?dú)鈿夥眨?0℃下干燥4小時(shí)，即可得到六邊形納米片狀氫氧化鈷。

實(shí)施例12

配置0.5mol/L的硫酸鈷水溶液；將1g氫氧化鉀和0.1ml水合肼溶解于去離子水中。在強(qiáng)烈攪拌的情況下，向硫酸鈷溶液中快速加入氫氧化鉀和水合肼混合溶液，使得氫氧化鉀和硫酸鈷的摩爾比為3.5:1，水合肼與硫酸鈷的摩爾比為0.35:1，充分反應(yīng)，用去離子水和無(wú)水乙醇清洗，然后在氮?dú)鈿夥眨?0℃下干燥4小時(shí)，即可得到六邊形納米片狀氫氧化鈷。

對(duì)實(shí)施例1-12得到的產(chǎn)品，采用透射電鏡和X射線衍射法進(jìn)行檢測(cè)，可以看到最終得到的產(chǎn)品氫氧化鈷均為邊長(zhǎng)100-400納米的六邊形片狀結(jié)構(gòu)。該六邊形片狀結(jié)構(gòu)可以在較高的濃度和室溫條件下獲得，且反應(yīng)時(shí)間很短，可實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)。