四氧化三钴的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种四氧化三钴的制备方法，包括以下步骤：将钴源在一溶剂热反应介质中混合并溶解形成一第一混合溶液，该溶剂热反应介质包括水和有机溶剂；将沉淀剂加入到该第一混合溶液中混合并溶解形成一第二混合溶液；将该第二混合溶液进行溶剂热反应，得到四氧化三钴前驱体，以及烧结所述四氧化三钴前驱体得到产物四氧化三钴。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及一种，包括以下步骤：将钴源在一溶剂热反应介质中混合并溶解形成一第一混合溶液，该溶剂热反应介质包括水和有机溶剂；将沉淀剂加入到该第一混合溶液中混合并溶解形成一第二混合溶液；将该第二混合溶液进行溶剂热反应，得到四氧化三钴前驱体，以及烧结所述四氧化三钴前驱体得到产物四氧化三钴。【专利说明】
本专利技术涉及一种四氧化三钴纳米材料的制备方法，尤其涉及一种可控形貌的四氧 化三钴纳米材料的制备方法。
技术介绍
尖晶石型过渡金属氧化物四氧化三钴（C〇304)广泛应用于电池材料、磁性材料、催 化剂、热敏和压敏电阻、生物传感器等领域。制备C〇 304的方法有灼烧及热分解法、水热法、 溶剂热法、溶胶-凝胶法及化学喷雾热分解法、化学气相沉淀法以及液相沉淀法等。水热 法通过在密闭反应器中进行水热反应生成前驱体，然后将前驱体在空气中煅烧，是一种制 备不同形貌纳米氧化物的有效方法。它具有纯度高、粉末细(纳米级)、分散性好、分布窄、均 匀、无团聚、晶型好、形貌可控和环境友好等优点。C 〇304的形貌对其物理和电化学性能具有 显著影响，可控制备不同形貌的纳米c〇30 4作为纳米材料合成技术的难点之一，已经引起世 界各国科研工作者的关注。 现有技术中有采用溶剂热法来制备C〇304纳米粒子，该种方法以乙醇为溶剂，钴 盐和聚乙烯吡咯烷酮为原料，通过调控聚乙烯吡咯烷酮的添加量制备出了具有不同尺寸的 C〇304纳米粒子。这种制备方法能够直接的调控纳米尺寸大小，但是该方法产率低，生产成 本高。此外现有技术中也有采用有机小分子作为胶凝剂，在钴盐溶液中搅拌发生溶胶凝胶 反应，经过洗涤、干燥、煅烧得到各种不同形貌的C 〇304纳米粒子。这种制备方法能够在低温 常压下完成反应，具有污染小，生产效率高等特点，但是制备的纳米c 〇304颗粒形貌不规整、 分布不均匀、且团聚比较严重，对材料的应用性能会有较大影响。
技术实现思路
有鉴于此，确有必要提供一种形貌可控、工艺简单且易于工业化生产的四氧化三 钴的制备方法。 -种，包括以下步骤：将二价钴源在一溶剂热反应介质中 混合并溶解形成一第一混合溶液，该溶剂热反应介质包括水和有机溶剂；将沉淀剂加入到 该第一混合溶液中混合并溶解形成一第二混合溶液，以及将该第二混合溶液进行溶剂热反 应，得到四氧化三钴前驱体，以及烧结该四氧化三钴前驱体得到产物四氧化三钴。 与现有技术相比较，本专利技术实施例利用水和有机溶剂的混合作为溶剂热反应介 质，并在沉淀剂的作用下可制备出纯度高、分散性好、尺寸分布窄、均匀、无团聚、晶型好、形 貌可控的四氧化三钴纳米材料。该方法可以实现纳米的四氧化三钴从一维到三维的可控制 备。此外，该制备工艺简单、无需添加任何分散剂和表面活性剂、产率高、生产成本低，易于 实现工业化生产。 【专利附图】【附图说明】 图1为本专利技术实施例1合成的四氧化三钴纳米线的扫描电镜照片。 图2为本专利技术实施例2合成的四氧化三钴纳米片的扫描电镜照片。 图3为本专利技术实施例3合成的四氧化三钴纳米片球的扫描电镜照片。 如下【具体实施方式】将结合上述附图进一步说明本专利技术。 【具体实施方式】 下面将结合附图及具体实施例对本专利技术提供的作进一步 的详细说明。 本专利技术实施方式提供一种，包括以下步骤： S1，将二价钴（Co2+)源在一溶剂热反应介质中混合并溶解形成一第一混合溶液，该溶剂 热反应介质包括水和有机溶剂； 52, 将沉淀剂加入到该第一混合溶液中混合并溶解形成一第二混合溶液，以及 53, 将该第二混合溶液进行溶剂热反应，得到四氧化三钴前驱体，以及 54, 烧结所述四氧化三钴前驱体得到产物四氧化三钴。 在上述步骤S1中，所述二价钴源可溶于所述溶剂热反应介质。该二价钴源可以为 硝酸钴（Co (H03) 2)、氯化钴（CoCl2)、硫酸钴（C〇S04)以及乙酸钴（Co (CH3C00) 2)中的至少一 种。所述二价钴源的浓度可以为0.01m〇l/L至lmol/L。该浓度是指二价钴源在溶剂热反应 介质中的总体积浓度。 所述溶剂热反应介质为所述水和有机溶剂的混合液。所述水和有机溶剂之间相互 混合均匀。所述水可以为蒸馏水。所述有机溶剂优选为具有还原性质的多元醇。该多元醇 可以为与水互溶的醇，如二甘醇、丙三醇、三甘醇、四甘醇以及丁三醇中的一种或多种。优选 地，所述有机溶剂与水相互微溶或不溶，即所述有机溶剂在水中具有较低的溶解度。采用该 在水中溶解度较低的有机溶剂与水形成的均匀混合液作为所述溶剂热反应介质利于调控 形成的所述四氧化三钴的形貌。该在水中溶解度较低的有机溶剂优选可以为正丁醇、异丁 醇、正戊醇、正己醇以及正庚醇中的至少一种。更为优选地，所述有机溶剂为异丁醇。 所述水和有机溶剂的体积比可以为15:1~1:10。采用该体积比范围内的溶剂热反 应介质可使后续形成的四氧化三钴的形貌规整、可控。优选地，所述水和有机溶剂的体积比 可以为10:1~1:8。更为优选地，所述水和有机溶剂的体积比为2. 5 :1。 在上述步骤S1中，形成所述第一混合溶液的步骤进一步包括： S11，均匀混合所述水和有机溶剂形成所述溶剂热反应介质，以及 S12,将所述二价钴源加入到该溶剂热反应介质中混合并溶解形成所述第一混合溶液。 在上述步骤S11中可通过搅拌的方式使有机溶剂在水中达到最大的溶解度。 在上述步骤S12中，在将所述二价钴源加入到该溶剂热反应介质的过程中持续搅 拌以使所述二价钴源充分溶解并与所述溶剂热反应介质均匀混合。在该步骤S12中，所述 搅拌的速率可以为l〇〇r/min至3000r/min，所述搅拌的时间可以为0. 5小时至2小时。该 第一混合溶液为一澄清透明溶液。 在上述步骤S2中，所述沉淀剂可以为尿素、葡萄糖、蔗糖、氢氧化钠以及氢氧化 钾中的至少一种。优选地，所述沉淀剂为尿素，采用尿素可更好地促进所述四氧化三钴成 核并调控形成的四氧化三钴的形貌。所述沉淀剂与所述二价钴源之间的摩尔比可以为 0. 1: f 4:1，该比例范围内可更好地形成纯相的四氧化三钴晶体。 进一步地，可通过调控所述沉淀剂和二价钴源之间的配比来形成不同形貌的四氧 化三钴。具体地，调节所述沉淀剂与二价钴源之间的摩尔比为〇.1~〇.4:1以形成一维的四 氧化三钴纳米线。调节所述沉淀剂与二价钴源之间的摩尔比为〇. 4~1. 5:1以形成二维的四 氧化三钴纳米片。调节所述沉淀剂与二价钴源之间的摩尔比为1. 51:1以形成三维的四氧 化三钴纳米片球。其中，所述摩尔比为0.4:1和1.5:1时存在过渡形态的四氧化三钴。具 体地，当所述摩尔比为〇. 4:1时，生成的所述四氧化三钴同时存在纳米线和纳米片两种形 貌。当所述摩尔比为1. 5:1时，生成的所述四氧化三钴同时存在纳米片和纳米片球两种形 貌。上述每个摩尔比范围内，生成的四氧化三钴均形貌均一、分散性好、无团聚。 上述步骤S2可进一步包括一搅拌的步骤以使所述沉淀剂在所述第一混合溶液中 充分溶解且与所述第一混合溶液均匀混合。该步骤中，搅拌速率可以为100r/mirT3000r/ min，搅拌的时间可以为0.5小时~2小时。该第二混合本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种四氧化三钴的制备方法，包括以下步骤：将二价钴源在一溶剂热反应介质中混合并溶解形成一第一混合溶液，该溶剂热反应介质包括水和有机溶剂；将沉淀剂加入到该第一混合溶液中混合并溶解形成一第二混合溶液；将该第二混合溶液进行溶剂热反应，得到四氧化三钴前驱体，以及烧结所述四氧化三钴前驱体得到产物四氧化三钴。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘少军，张宏生，尚玉明，王莉，高剑，李建军，罗晶，何向明，王要武，
申请(专利权)人：江苏华东锂电技术研究院有限公司，清华大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32