CN100348503C - 水溶性四氧化三钴纳米晶体的控温微波合成方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种水溶性四氧化三钴纳米晶体的控温微波合成方法，以水为溶剂，将钴盐溶于水，加入水溶性的巯基化合物作为稳定剂，控制钴离子与水溶性的巯基化合物的摩尔比为1∶10至1∶1，调节溶液pH值至5-12，得到前体溶液。然后将此前体溶液置于密闭的聚四氟乙烯罐中，在可控温的微波反应器中反应，迅速合成四氧化三钴纳米晶体。本发明方法操作简单，条件温和，成本低，合成产物四氧化三钴纳米晶体具有水溶性好，尺度分布均一，大小可调，结晶度高等特点。

Description

水溶性四氧化三钴纳米晶体的控温微波合成方法
技术领域
本发明涉及一种水溶性四氧化三钴纳米晶体的控温微波合成方法，以钴盐为原料，利用微波合成技术制备四氧化三钴磁性纳米晶体，属于纳米材料制备技术领域。
背景技术
Co3O4广泛应用于催化剂、颜料、磁性、电极和储能材料。当其粒径达纳米级时，由于尺度量子效应和介电限域效应使它们表现出一系列特殊磁性质和光学性质，巨大比表面积使其在催化剂的应用中具有显著的优越性。
Co3O4的合成常用固相反应法和水相合成法。固相反应法一般通过加热分解钴的氢氧化钴前体或者在高温下气相沉积钴的金属有机物。这种方法常常产生烧结和纳米粒子团聚。水相合成法是一种最古老的合成金属氧化物的方法，通常利用金属离子在碱性条件水解沉淀所得，钴离子水解一般生成氢氧化钴，在较低温度氢氧化钴转化生成四氧化钴产率较低，而且反应时间很长。H.C.Zeng等人(Chem.Mater.，2003，15，2829)发现在水相合成体系中加入大量硝酸钠可以在95℃生成均匀20-40nm的立方状Co3O4。此法仍然没有解决水相合成法反应时间过长的缺点。水热法一般利用高压反应釜提高水相合成的反应温度(＞100℃)，使钴离子强迫水解，生成的Co3O4纳米粒子虽然结晶性能较好，但纳米粒子粒径一般为一百到几百纳米，且尺寸分布非常不均匀。
发明内容
本发明的目的在于针对目前固相反应法和水相合成方法的缺陷，提供一种水溶性四氧化三钴纳米晶体的控温微波合成方法，水相中合成高质量四氧化三钴磁性纳米晶体，具有合成速度快、产物水溶性好、结晶度高的优点。
为实现上述目的，本发明以水为溶剂，将钴盐溶于水，加入巯基化合物作为稳定剂，调节溶液pH值制得碱性反应前体溶液，然后将此前体溶液置于密闭的聚四氟乙烯罐中，在可控温的微波反应器中反应，迅速合成高质量(水溶，尺寸均一)四氧化三钴磁性纳米晶体，其粒径分布在10％-20％。
本发明的方法具体包括如下步骤：
1、反应前体溶液制备：
将钴盐溶于水中，钴浓度控制在0.001-1摩尔/升。加入水溶性的巯基化合物作为稳定剂，控制钴离子与水溶性的巯基化合物的摩尔比为1∶10至1∶1。调节溶液pH值至5-12，得到前体溶液。
2、微波合成四氧化三钴纳米晶体：
将上述前体溶液置于密闭的聚四氟乙烯罐中，在可控温的微波反应器中反应，生成四氧化三钴纳米晶体。微波加热条件为：微波振荡频率300 MHZ～3000MHZ，微波功率50W～1000W，加热时间1分钟～10小时，加热温度50～250摄氏度。
本发明所述的钴盐包括：硝酸钴、高氯酸钴、氯酸钴、醋酸钴、硫酸钴、碘酸钴、氯化钴、碘化钴、溴化钴；所述水溶性的巯基化合物包括巯基乙酸、巯基丙酸、巯基丁酸、巯基乙酸盐、巯基丙酸盐、巯基丁酸盐、半胱氨酸、胱氨酸、硫代甘油、巯基乙醇、巯基丙醇、2，3-二巯基-1-丙醇、1，2-二巯基丙酸。
本发明的方法操作简单，条件温和，成本低，合成速度快，合成产物四氧化三钴纳米晶体具有水溶性和稳定性好，尺度分布均一，大小可调，结晶度高等特点。
具体实施方式
以下通过几个具体的实施例对本发明的技术方案作进一步描述。以下实施例不构成对本发明的限定。
实施例1
1、反应前体溶液制备：
以水为溶剂，将浓度为0.1摩尔/升的硝酸钴溶液与巯基丙酸混合，钴离子与巯基丙酸的摩尔比为1∶5，用氢氧化钠调节溶液的pH值至12。
2、微波合成四氧化三钴纳米晶体：
将上述前体溶液置于密闭的聚四氟乙烯罐中，在可控温的微波反应器中反应，生成四氧化三钴纳米晶体。
微波加热条件为：
微波振荡频率：2450MHZ
微波功率：400W，
加热时间：4小时
加热温度：140摄氏度。
实施例2
1、反应前体溶液制备：
配置0.04摩尔/升硫酸钴水溶液，加入巯基乙醇作为稳定剂，钴离子与巯基乙醇摩尔比控制在1∶2。用氢氧化钠调节溶液pH值至8。
2、微波合成四氧化三钴纳米晶体：
将上述前体溶液置于密闭的聚四氟乙烯罐中，在可控温的微波反应器中反应，生成四氧化三钴纳米晶体。
微波加热条件为：
微波振荡频率：2450MHZ
微波功率：    600W
加热时间：    30分钟，
加热温度：    160摄氏度。
实施例3
1、反应前体溶液制备：
配置0.04摩尔/升氯化钴水溶液，加入巯基乙醇作为稳定剂，钴离子与巯基乙醇摩尔比控制在1∶3，调节溶液pH值至10。
2、微波合成四氧化三钴纳米晶体：
将上述前体溶液置于密闭的聚四氟乙烯罐中，在可控温的微波反应器中反应，生成四氧化三钴纳米晶体。
微波加热条件为：
微波振荡频率：2450MHZ
微波功率：    100W
加热时间：    2小时
加热温度：    200摄氏度。

Claims (2)

1、一种水溶性四氧化三钴纳米晶体的控温微波合成方法，其特征在于包括如下步骤：
1)反应前体溶液制备：将钴盐溶于水中，钴浓度控制在0.001-1摩尔/升，加入水溶性的巯基化合物作为稳定剂，控制钴离子与水溶性的巯基化合物的摩尔比为1∶10至1∶1，调节溶液pH值至5-12，得到前体溶液；
2)微波合成四氧化三钴纳米晶体：将上述前体溶液置于密闭的聚四氟乙烯罐中，在可控温的微波反应器中反应，生成四氧化三钴纳米晶体；其中，微波加热条件为：微波振荡频率300MHZ～3000MHZ，微波功率50W～1000W，加热时间1分钟～10小时，加热温度50～250摄氏度。
2、根据权利要求1的水溶性四氧化三钴纳米晶体的控温微波合成方法，其特征在于所述的钴盐为硝酸钴、高氯酸钴、氯酸钴、醋酸钴、硫酸钴、碘酸钴、氯化钴、碘化钴或溴化钴；所述水溶性的巯基化合物为巯基乙酸、巯基丙酸、巯基丁酸、巯基乙酸盐、巯基丙酸盐、巯基丁酸盐、半胱氨酸、胱氨酸、硫代甘油、巯基乙醇、巯基丙醇、2，3-二巯基-1-丙醇或1，2-二巯基丙酸。
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