一种蒲公英状四氧化三钴的制备方法技术

本发明专利技术提供了一种蒲公英状四氧化三钴的制备方法，属于无机过渡金属氧化物材料合成领域。本发明专利技术所述蒲公英状四氧化三钴的制备方法是将钴盐、结构导向剂溶于乙二醇中然后在一定温度和时间进行溶剂热反应，反应结束后通过分离、洗涤将所得产物进行焙烧最终得到蒲公英状四氧化三钴。本发明专利技术所提供的方法制备工艺简洁，是一种操作简便高效、价格低廉、环境友好、易于规模化生产的制备蒲公英状四氧化三钴的方法。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术提供了，属于无机过渡金属氧化物材料合成领域。本专利技术所述蒲公英状四氧化三钴的制备方法是将钴盐、结构导向剂溶于乙二醇中然后在一定温度和时间进行溶剂热反应，反应结束后通过分离、洗涤将所得产物进行焙烧最终得到蒲公英状四氧化三钴。本专利技术所提供的方法制备工艺简洁，是一种操作简便高效、价格低廉、环境友好、易于规模化生产的制备蒲公英状四氧化三钴的方法。【专利说明】
本专利技术涉及无机过渡金属氧化物材料合成
，尤其涉及。
技术介绍
作为一类P型半导体过渡金属氧化物，四氧化三钴被广泛应用于催化剂、磁性半导体、气体传感器元件、锂离子电池材料、超级电容器材料等重要领域。近年来，具有不同形貌结构的四氧化三钴材料引起人们的极大兴趣，已合成了四氧化三钴纳米线、纳米棒、纳米管、纳米立方体、空心球、花状微球等。其中，花状微球以其独特的开放式结构特征如在空间进行定向或非定向排列的纳米结构单元，其较高的比表面易产生较多的表面活性位，有利于提高气-固相反应速率。因此，四氧化三钴花状微球在气敏元器件材料和多相催化剂领域中具有较高的应用前景，成为四氧化三钴材料的研究热点。目前，所报道的花状四氧化三钴材料主要由二维纳米片组装而成，而由一维纳米棒组装形成的蒲公英状四氧化三钴材料还未见相关报道。此外，花状四氧化三钴的合成过程中需要精确调控沉淀剂与钴盐的比例，花状产物重复性较差。因此，设计一种简单有效、重现性高的合成方法制备由特定组成单元(如纳米棒)且形貌可控的花状四氧化三钴材料仍然是该领域的技术难题。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种工艺简单高效、产物形貌重现性好、且由纳米棒组装形成的蒲公英状四氧化三钴材料的制备方法。 本专利技术采用如下技术方案:本专利技术的蒲公英状四氧化三钴的制备方法的具体步骤如下:I)将钴盐和结构导向剂溶于乙二醇中，形成混合溶液，所述钴盐的浓度为5~250mmol/l，所述钴盐和结构导向剂的摩尔比为1:0.1~5 ;2)将上述混合溶液放入到不锈钢釜中，然后在130~220°C下进行溶剂热反应，反应时间为I~24h ;3)溶剂热反应结束后通过分离、洗涤将所得产物在200~800°C下进行焙烧得到蒲公英状四氧化三钴。步骤I)中，所述的钴盐为醋酸钴、硝酸钴和氯化钴中的一种，结构导向剂为十二烷基硫酸纳。步骤I)中，优选所述钴盐的浓度为30~200mmol/l，所述钴盐和结构导向剂的摩尔比为1:0.2~4。更优选所述钴盐的浓度为50~150mmol/l，所述钴盐和结构导向剂的摩尔比为1:0.3~2。步骤2)中，优选所述的溶剂热反应温度为150~200°C，所述的溶剂热时间为8~20h。更优选所述的溶剂热反应温度为160~190°C，所述的溶剂热时间为10~15h。步骤3)中，优选所述的焙烧温度为250~600°C。更优选所述的焙烧温度为300~500。。。本专利技术的积极效果如下:本专利技术所提供的合成蒲公英状四氧化三钴的方法其优点在于:I)本专利技术提供的制备方法合成了一种新型的由一维纳米棒组装形成的蒲公英状四氧化三钴材料，其组成结构不同于目前二维纳米片组装形成的花状四氧化三钴材料；2)本专利技术通过控制钴盐与结构导向剂的摩尔比、溶剂热热温度和时间来调控四氧化三钴的形貌，调控条件和手段易于实施，且产品形貌重现性好。3)本专利技术的制备工艺简洁，整个工艺过程在反应釜中进行，无需任何复杂设备，是一种简便高效、价格低廉、环境友好、易于规模化合成的制备蒲公英状四氧化三钴材料的制备方法。【专利附图】【附图说明】图1为实施例1得到的蒲公英状四氧化三钴的XRD谱图。图2为实施例1得到的蒲公英状四氧化三钴的SEM图。图3为实施例1得到的蒲公英状四氧化三钴的低倍TEM图。图4为实施例1得到的蒲公英状四氧化三钴的高倍TEM图。图5为实施例1得到的蒲公英状四氧化三钴的氮气吸附/脱附等温线图。【具体实施方式】下面的实施例是对本专利技术的进一步详细描述。实施例1:称取0.26g 硝酸钴(Co (NO3)2.6Η20)溶于 30ml 乙二醇中(Co2+ 浓度为 30mmol/l)，然后加入0.05g十二烷基硫酸钠(SDS，Co2+:与SDS摩尔比为1:0.2)，待溶解完全后将溶液转移至50ml不锈钢水热釜，加热至150°C保温20h，反应结束后将产物分离、洗涤，干燥，然后在250°C焙烧得到黑色粉末产物。将上述制备的黑色粉末产物在荷兰Panalytical公司(帕纳科)生产的V PertPROMPD型多功能X射线衍射仪上进行XRD测试。图1为实施例1得到的黑色粉末产物的XRD谱图，谱图中的衍射峰为典型的尖晶石结构四氧化三钴特征衍射峰，根据标准粉末衍射卡片(JCPDSN0.42-1467)，其晶体结构为立方晶系。XRD谱图证实所得黑色产物为四氧化二钴。将上述制备的黑色四氧化三钴在日本日立公司生产的S4800型号场发射扫描电镜观测表面形貌。图2为实施例1得到的黑色四氧化三钴的SEM图，由图可以看出四氧化三钴呈典型的蒲公英状形貌，其尺寸在在2 μ m~3 μ m。将上述制备的黑色四氧化三钴在日本电子公司生产的JEM-2100六硼化镧透射电子显微镜观测颗粒信息。图3为实施例1得到的黑色四氧化三钴的低倍TEM图，由图可以看出黑色四氧化三钴呈蒲公英状形貌，其尺寸为2.5μπι。高倍TEM图(图4)显示尺寸约为30nm的纳米粒子呈轴向排列形成纳米棒,证实蒲公英状形貌由纳米棒组装形成。将上述制备的黑色四氧化三钴在美国康塔公司生产的N0VA3200e型号的比表面分析仪测试比表面。图5为实施例1得到的黑色四氧化三钴的氮气吸附/脱附等温线图。滞后环在相对分压约0.8~1.0处的IV型等温线表明蒲公英状四氧化三钴具有介孔结构，BET比表面为40.7m2/g。实施例2:称取0.37g 醋酸钴(Co(Ac)2.4Η20)溶于 30ml 乙二醇中(Co2+浓度为 50mmol/l)，然后加入1.72g十二烷基硫酸钠(SDS，Co2+:与SDS摩尔比为1:4)，待溶解完全后将溶液转移至50ml不锈钢水热釜，加热至190°C保温10h，反应结束后将产物分离、洗涤，干燥，然后在300°C焙烧得到黑色粉末产物。XRD谱图分析产物为立方晶系四氧化三钴。SEM照片显示产物呈蒲公英状形貌，其尺寸在在2 μ m~3 μ m。低倍TEM照片显示产物呈蒲公英状形貌，其尺寸为2.8 μ m，高倍TEM照片显示尺寸约为35nm的纳米粒子呈轴向排列形成纳米棒，证实蒲公英状形貌由纳米棒组装形成。比表面分析仪测试显示蒲公英状四氧化三钴具有介孔结构，BET比表面为为38.2m2/g。实施例3:称取1.43g 氯化钴(CoCl2.6H20)溶于 30ml 乙二醇中(Co2+ 浓度为 200mmol/l)，然后加入1.73g十二烷基硫酸钠(SDS，Co2+:与SDS摩尔比为1:1)，待溶解完全后将溶液转移至50ml不锈钢水热釜，加热至20(TC保温8h，反应结束后将产物分离、洗涤，干燥，然后在350°C焙烧得到黑色粉末产物。XRD谱图分析产 物为立方晶系四氧化三钴。SEM照片显示产物呈蒲公英状形貌，其尺寸在在2 μ m~3 μ m。低倍TEM照片显示产物呈蒲公英状形貌，其尺寸为2.3 μ 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种蒲公英状四氧化三钴的制备方法，其特征在于：所述方法的具体步骤如下：1)将钴盐和结构导向剂溶于乙二醇中，形成混合溶液，所述钴盐的浓度为5～250mmol/l，所述钴盐和结构导向剂的摩尔比为1:0.1～5；2)将上述混合溶液放入到不锈钢釜中，然后在130～220℃下进行溶剂热反应，反应时间为1～24h；3)溶剂热反应结束后通过分离、洗涤将所得产物在200～800℃下进行焙烧得到蒲公英状四氧化三钴。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘爱凤，车红卫，
申请(专利权)人：河北工程大学，
类型：发明
国别省市：河北;13