CN105271443A - 一种辅助微波加热制备纳米片状CoO、Co3O4的方法 - Google Patents

一种辅助微波加热制备纳米片状CoO、Co3O4的方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于新材料技术制备领域，涉及一种辅助微波加热制备纳米片状CoO、Co3O4的方法。其特点包括以下步骤：(1)将可溶性钴盐溶于去离子水中配成0.2～1mol/L钴盐溶液，并在钴溶液中加入0.01～0.1％抗坏血酸；(2)将氢氧化钠和浓氨水按比例配成混合碱溶液，其中混合碱溶液中氢氧化钠的浓度为2～4mol/L，浓氨水体积占混合碱溶液总体积的0.5～10％；(3)将混合碱溶液加入钴盐溶液中，并微波加热搅拌反应一段时间后，过滤、洗涤，干燥，得到固体烘干物；(4)将上述固体烘干物置于箱式电阻炉或微波烧结炉中在惰性气氛或空气气氛中进行固相反应，得到本发明所述的一种纳米片状CoO或Co3O4。本发明前驱体采用微波辅助加热合成，干燥后前躯体无需球磨，煅烧后即可得到均匀片状纳米CoO或Co3O4。

Description

一种辅助微波加热制备纳米片状CoO、Co3O4的方法
技术领域
本发明属于新材料技术制备领域，涉及一种辅助微波加热制备纳米片状CoO、Co3O4的方法。
背景技术
近年来，低维尺寸的纳米结构材料的研究一直吸引了科研工作者相当大的关注。这是因为这种特殊结构、形貌的纳米材料可能具有新颖的光、电、磁及催化性质。在过渡金属氧化物中，钴基氧化物，如CoO、Co3O4，是一种重要磁性P型半导体，在气体传感器、催化剂、磁性材料和可再充电的锂离子电池等诸多领域具有非常广泛的应用。
利用适当的模板、表面活性剂或水热溶剂法，可以选择性地控制CoO、Co3O4材料的形貌，如纳米立方、球形、纳米纤维、及多角纳米钉等等，但合成方法复杂，后处理繁琐。不同结构、形貌的CoO、Co3O4纳米材料将对其物理和化学性质有显著的影响。如发明人在JournaloftheElectrochemicalSociety，2008，155，A903-A908中报道了水热法制备的纳米片状CoO、Co3O4作为锂离子电池负极材料电化学储锂性能要明显优于普通方法制备的纳米颗粒的CoO、Co3O4材料。制备钴基氧化物最常用的方法是液相沉积-热分解法，但在一般液相合成条件下，最终合成CoO、Co3O4材料的形貌一般为普通的球形或不规则纳米颗粒。
发明内容
为了弥补现有常规液相合成方法仅能制备球形或不规则CoO、Co3O4纳米颗粒的不足，本发明提供了一种辅助微波加热制备纳米片状CoO、Co3O4的方法。
本发明涉及的技术方案如下：一种辅助微波加热制备纳米片状CoO、Co3O4的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将可溶性钴盐溶于去离子水中配成钴盐溶液，溶液中钴离子浓度为0.2～1mol/L，并在钴溶液中加入质量百分比为0.01～0.1％抗坏血酸；
(2)将氢氧化钠和浓氨水配成混合碱溶液，其中混合碱溶液中氢氧化钠的浓度为2～4mol/L，浓氨水体积占混合碱溶液总体积的0.5～10％；
(3)将上述混合碱溶液以500～2000mL/min加入钴盐溶液中，辅助微波加热45～85℃并搅拌20～60分钟；
(4)微波反应后，冷却至室温进行固液分离，将过滤物置于烘箱中，85℃～100℃中干燥2～12h，得到固体烘干物；
(5)将上述固体烘干物置于箱式电阻炉或微波烧结炉中在惰性气氛或空气气氛中进行固相反应，加热升温到400℃～550℃下保温0.5h～2h得到本发明所述的一种纳米片状CoO或Co3O4。
步骤(1)钴盐为硫酸钴、硝酸钴、氯化钴中的一种。
步骤(5)中惰性气氛为氮气或氩气气氛。
本发明的有益效果在于：(1)本发明采用可溶性钴盐与混合碱溶液微波反应共沉淀法制备适宜的前躯体，微波加热的均匀性，沉淀完全，前躯体稳定；(2)本发明无需表面活性剂或其它助剂，沉淀后不需水热反应，工艺流程简单，后处理简单；(3)本发明前驱体采用微波辅助加热合成，干燥后前躯体无需球磨，微波烧结能耗低、制备周期短。
附图说明
图1是本发明实施例1在微波反应温度为60℃、反应50分钟，500℃煅烧2h的纳米片状Co3O4的XRD图谱。
图2是本发明实施例1在微波反应温度为60℃、反应50分钟，500℃煅烧2h的纳米片状Co3O4扫描电镜图。
具体实施方式
本发明施例如下但并不限定本发明。
实施例1
(1)将0.04molCo(NO3)2·6H2O溶于200mL的去离子水配成钴盐水溶液，并在钴盐水溶液中加20mg抗坏血酸；将2mL的25％浓氨水溶于38mL去离子水中形成40mL的氨水溶液，再向氨水溶液加入0.08molNaOH，得到NaOH-氨水混合碱溶液。
(2)常温下，将NaOH-氨水混合碱溶液以1000mL/min的流速均匀流入匀速搅拌的钴盐水溶液，待混合碱液加入完全后，微波加热60℃并搅拌50分钟。
(3)微波反应完成后，将上述共沉淀物陈化5分钟后，进行固液分离，用去离子水洗涤至中性，将过滤物至于真空干燥箱中，85℃中干燥12h，得到固体烘干物。
(4)将上述固体烘干物置于箱式电阻炉中空气气氛下进行固相反应，加热升温到500℃下保温2h得到本发明所述的一种纳米片状Co3O4。
实施例2
(1)将0.02molCoCl2·6H2O溶于80mL的去离子水配成钴盐水溶液，并在钴盐水溶液中加8mg抗坏血酸；将0.05mL的25％浓氨水溶于9.95mL去离子水中形成10mL的氨水溶液，再向氨水溶液加入0.04molNaOH，得到NaOH-氨水混合碱溶液。
(2)常温下，将NaOH-氨水混合碱溶液以500mL/min的流速均匀流入匀速搅拌的钴盐水溶液，待混合碱液加入完全后，微波加热45℃并搅拌60分钟。
(3)微波反应完成后，将上述共沉淀物陈化5分钟后，进行固液分离，用去离子水洗涤至中性，将过滤物至于真空干燥箱中，85℃中干燥6h，得到固体烘干物。
(4)将上述固体烘干物置于箱式电阻炉中氩气气氛下进行固相反应，加热升温到400℃下保温1h得到本发明所述的一种纳米片状CoO。
实施例3
(1)将0.06molCoSO4·7H2O溶于60mL的去离子水配成钴盐水溶液，并在钴盐水溶液中加60mg抗坏血酸；将4mL的25％浓氨水溶于36mL去离子水中形成40mL的氨水溶液，再向氨水溶液加入0.12molNaOH，得到NaOH-氨水混合碱溶液。
(2)常温下，将NaOH-氨水混合碱溶液以2000mL/min的流速均匀流入匀速搅拌的钴盐水溶液，待混合碱液加入完全后，微波加热85℃并搅拌20分钟。
(3)微波反应完成后，将上述共沉淀物陈化10分钟后，进行固液分离，用去离子水洗涤至中性，将过滤物至于真空干燥箱中，100℃中干燥2h，得到固体烘干物。
(4)将上述固体烘干物置于箱式电阻炉中空气气氛下进行固相反应，加热升温到550℃下保温0.5h得到本发明所述的一种纳米片状Co3O4。

Claims (3)

1.一种辅助微波加热制备纳米片状CoO、Co3O4的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将可溶性钴盐溶于去离子水中配成钴盐溶液，溶液中钴离子浓度为0.2～1mol/L，并在钴溶液中加入质量百分比为0.01～0.1％的抗坏血酸；
(2)将氢氧化钠和浓氨水配成混合碱溶液，其中混合碱溶液中氢氧化钠的浓度为2～4mol/L，浓氨水体积占混合碱溶液总体积的0.5～10％；
(3)将上述混合碱溶液以500～2000mL/min加入钴盐溶液中，辅助微波加热45～85℃并搅拌20～60分钟；
(4)微波反应后，冷却至室温进行固液分离，将过滤物置于烘箱中，85℃～100℃中干燥2～12h，得到固体烘干物；
(5)将上述固体烘干物置于箱式电阻炉或微波烧结炉中在惰性气氛或空气气氛中进行固相反应，加热升温到400℃～550℃下保温0.5h～2h得到本发明所述的一种纳米片状CoO或Co3O4。
2.如权利要求1所述的一种辅助微波加热制备纳米片状CoO、Co3O4的方法，其特征在于：步骤(1)钴盐为硫酸钴、硝酸钴、氯化钴中的一种。
3.如权利要求1所述的一种辅助微波加热制备纳米片状CoO、Co3O4的方法，其特征在于：步骤(5)中惰性气氛为氮气或氩气气氛。
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