裸露高指数晶面四氧化三钴的制备方法及其产品和应用技术

本发明专利技术公开一种裸露高指数晶面四氧化三钴的制备方法及其产品和应用，在硝酸钴溶液中加入适量甘油，搅拌至完全溶解；滴加碳酸钠溶液调节至碱性，室温下反应得前驱体沉淀物；将沉淀物抽滤、洗涤、干燥、焙烧，得选择性裸露（311）高指数晶面Co3O4。以硝酸钴为钴源、少量甘油为结构导向剂、碳酸钠为沉淀剂，利用简单的化学沉淀法制备选择性裸露高指数（311）晶面、粒径更小、比表面积更高的Co3O4材料。该方法所得Co3O4材料在丙烷催化燃烧反应中表现出优异的活性。本发明专利技术方法具有原料易得、工艺简单、催化剂活性高等特点，具有很好的应用前景。

Preparation method, product and application of four oxide three cobalt with exposed high index crystal surface

The invention discloses a bare high index surfaces three cobalt four oxidation preparation method and its product and application, adding proper amount of glycerol in the cobalt nitrate solution, stirring until completely dissolved; adding sodium carbonate solution adjusted to alkali, reacting at room temperature and precursor sediment; sediment pumping filtration, washing, drying and roasting alternatively, the bare (311) high index surfaces Co3O4. Using cobalt nitrate as cobalt source, a small amount of glycerol as structural guide agent and sodium carbonate as precipitant, Co3O4 material with high selectivity (311), smaller particle size and higher specific surface area was prepared by simple chemical precipitation method. The Co3O4 material obtained by this method shows excellent activity in the catalytic combustion of propane. The method has the characteristics of easy to get raw materials, simple process and high activity of catalyst, and has a good application prospect.

【技术实现步骤摘要】
裸露高指数晶面四氧化三钴的制备方法及其产品和应用
本专利技术涉及纳米材料的制备领域，具体的涉及一种裸露高指数晶面四氧化三钴的制备方法及其产品和应用。
技术介绍
过渡金属氧化物因其较高的催化活性和较低的成本，在催化领域显示出广阔的应用前景。其中，钴氧化物具有最弱的M–O键，在烷烃完全氧化等众多反应中表现出与贵金属催化剂相比拟的活性，引起越来越多的关注。随着纳米科技的快速发展，先进的制备方法可以实现纳米、甚至亚纳米四氧化三钴（Co3O4）的可控合成，裸露更多的活性位点，可以进一步提升其催化性能。然而高温易烧结的性质，决定了Co3O4在反应过程中不断聚集长大，高催化性能难以长时间的维持。高指数晶面存在高密度的台阶位、扭结位原子等，因此调控Co3O4表面结构、选择性裸露高指数晶面是提高Co3O4催化性能的又一有效手段。常用的高指数晶面裸露晶体制备方法有电化学方法、“帽”式试剂保护法、欠电位沉积原子层保护法、动力学调控法、氧化刻蚀溶解再生长法、模板法等。这些方法往往需要施加电位、引入大量的表面活性剂、外来离子、强氧化剂或已具备特定晶面结构的模板等，制备方法复杂、产量低、或需大量后续处理工作等，不利于规模化生产。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术目的在于：提供一种裸露高指数晶面的四氧化三钴的制备方法。本专利技术目的在于：提供一种上述方法制备的产品。本专利技术目的在于：提供一种上述产品的应用。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种裸露高指数晶面四氧化三钴的制备方法，在硝酸钴溶液中加入适量甘油，搅拌至完全溶解；滴加碳酸钠溶液调节至碱性，室温下反应得前驱体沉淀物；将沉淀物抽滤、洗涤、干燥、焙烧，得选择性裸露（311）高指数晶面Co3O4。本专利技术方法通过利用水作为溶剂、少量甘油作为结构导向剂，室温下利用简单的化学沉淀法制备选择性裸露高指数晶面的Co3O4催化剂。本专利技术方法具有原料易得、工艺简单、催化剂活性高等特点，具有很好的应用前景。在上述方案基础上，所述硝酸钴溶液浓度为1mol/L；所述硝酸盐与甘油的摩尔比为0–9；所述滴加碳酸钠溶液调节至碱性，是指滴加碳酸钠溶液至pH值大于9；所述碳酸钠溶液浓度为1mol/L。所述室温下反应为室温搅拌条件下反应1–3h；所述洗涤、干燥、焙烧分别为热水与乙醇洗涤3次、50–100℃干燥、200–400℃焙烧3–6h。本专利技术提供一种裸露高指数晶面四氧化三钴，根据上述任一所述方法制备得到。本专利技术提供一种裸露高指数晶面四氧化三钴在丙烷催化燃烧反应中的应用。该方法所得Co3O4材料在丙烷催化燃烧反应中表现出优异的活性。本专利技术方法具有原料易得、工艺简单、催化剂活性高等特点，具有很好的应用前景。与现有技术相比，本专利技术具有以下优势：（1）本专利技术合理利用甘油与Co3O4表面之间的位阻和静电联合作用机制，制备Co3O4选择性的裸露高指数晶面，利用高密度台阶位和扭结位原子，显著提升了Co3O4催化性能。（2）本专利技术采用水作为溶剂，碳酸钠作为沉淀剂，少量甘油作为结构导向剂，环境友好。（3）本专利技术方法具有原料易得、工艺简单、催化剂活性高等特点，具有很好的应用前景。附图说明：图1为实施例2选择性裸露高指数（311）晶面的Co3O4TEM图。具体实施方式实施例1取5g硝酸钴和适量甘油（nCo:n甘油=1/6）于100ml去离子水中，搅拌至完全溶解。向上述溶液中滴加1mol/L的碳酸钠溶液，调节pH至大于9。室温下继续搅拌反应1h，抽滤并分别用热水与乙醇洗涤3次，置于70℃烘箱中，干燥12h。所得样品在马弗炉中焙烧，以2℃/min升至300℃，并保持3h，得选择性裸露高指数（311）晶面的Co3O4。实施例2取5g硝酸钴和适量甘油（nCo:n甘油=1）于100ml去离子水中，搅拌至完全溶解。向上述溶液中滴加1mol/L的碳酸钠溶液，调节pH至大于9。室温下继续搅拌反应1h，抽滤并分别用热水与乙醇洗涤3次，置于70℃烘箱中，干燥12h。所得样品在马弗炉中焙烧，以2℃/min升至300℃，并保持3h，得选择性裸露高指数（311）晶面的Co3O4。Co3O4微观结构见图1，本实施例选择性裸露高指数（311）晶面的Co3O4TEM图。实施例3取5g硝酸钴和适量甘油（nCo:n甘油=3）于100ml去离子水中，搅拌至完全溶解。向上述溶液中滴加1mol/L的碳酸钠溶液，调节pH至大于9。室温下继续搅拌反应1h，抽滤并分别用热水与乙醇洗涤3次，置于70℃烘箱中，干燥12h。所得样品在马弗炉中焙烧，以2℃/min升至300℃，并保持3h，得选择性裸露高指数（311）晶面的Co3O4。实施例4取5g硝酸钴和适量甘油（nCo:n甘油=9）于100ml去离子水中，搅拌至完全溶解。向上述溶液中滴加1mol/L的碳酸钠溶液，调节pH至大于9。室温下继续搅拌反应1h，抽滤并分别用热水与乙醇洗涤3次，置于70℃烘箱中，干燥12h。所得样品在马弗炉中焙烧，以2℃/min升至300℃，并保持3h，得选择性裸露高指数（311）晶面的Co3O4。以上对本专利技术的具体实施例进行了描述。应当指出的是，本专利技术并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本专利技术的实质内容。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种裸露高指数晶面四氧化三钴的制备方法，其特征在于：在硝酸钴溶液中加入适量甘油，搅拌至完全溶解；滴加碳酸钠溶液调节至碱性，室温下反应得前驱体沉淀物；将沉淀物抽滤、洗涤、干燥、焙烧，得选择性裸露（311）高指数晶面Co3O4。

【技术特征摘要】
1.一种裸露高指数晶面四氧化三钴的制备方法，其特征在于：在硝酸钴溶液中加入适量甘油，搅拌至完全溶解；滴加碳酸钠溶液调节至碱性，室温下反应得前驱体沉淀物；将沉淀物抽滤、洗涤、干燥、焙烧，得选择性裸露（311）高指数晶面Co3O4。2.根据权利要求1所述的裸露高指数晶面四氧化三钴的制备方法，其特征在于：所述硝酸钴溶液浓度为1mol/L；所述硝酸盐与甘油的摩尔比为0–9；所述滴加碳酸钠溶液调节至碱性，是指滴加碳酸钠溶液至...

【专利技术属性】
技术研发人员：何丹农，赵昆峰，张林，袁静，杨玲，蔡婷，肖蓓，金彩虹，
申请(专利权)人：上海纳米技术及应用国家工程研究中心有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31