CN103911646B - 一种氢氧化钴薄膜的制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种氢氧化钴薄膜的制备方法，其主要是在导电或非导电的平面基体上通过电沉积法或化学沉积法获得金属钴的薄膜；然后通过机械剥离法、超声法或化学方法将金属钴薄膜从基体剥离并浸入pH为10‑15的电解液中，使金属钴薄膜与电解液中的溶解氧在室温下进行反应，反应时间为1‑30小时，经过洗涤、干燥后，即可得到氢氧化钴薄膜，该薄膜是由六边型氢氧化钴纳米颗粒相互交联而成，其厚度为100‑1000nm。本发明制备工艺简单、易于操作、生产成本低、周期短、适合工业化大生产，所得氢氧化钴薄膜纯度高、厚度均匀可控，适用于制备各类电池材料及催化剂材料。
Description
技术领域
本发明涉及一种纳米材料的制备方法，特别是一种纳米薄膜材料的制备方法。
背景技术
氢氧化钴是一种重要的钴基材料之一，在电池、催化剂、传感器、电致变色以及场发射领域有着重要的应用价值。不同方法制备出的氢氧化钴纳米材料，因其生产成本、产品纯度、粒径、形貌的不同，从而具有不同的应用价值。随着全世界工业技术的不断发展，未来以高新技术为支撑的工业市场必定对氢氧化钴材料有着更高的要求，因此开发新高纯度、排列有序的氢氧化钴纳米颗粒的制备方法具有重大的意义。
目前氢氧化钴主要由液相法制备，例如碱液沉淀法。徐秋红等在《应用化工》（2006，35（7）：P504-506）上报道了一篇“β-Co(OH)2的合成新工艺研究”，该方法将钴盐、氨水、氢氧化钠同时注入反应器中，从而合成了六方型片状氢氧化钴，产品难于过滤洗涤，而且二价钴铵络合离子容易被进一步氧化，影响产品纯度。OMG芬兰公司公开的专利（公开号：CN1359353）中，通过向钴盐溶液或钴与一些其它金属合金的盐溶液中加入一种络合剂和氢氧根离子，从而制备了片状氢氧化钴颗粒。H·C·施塔克公司的专利（公开号：CN1190947）中，以钴盐和碳酸氢盐和成的碱式碳酸钴作为为前驱体，洗涤干燥后将碱式碳酸钴打浆，然后与氢氧化钠溶液混合，洗涤后所得产品需真空低温干燥。
目前所采用的液相法在生产中存在如下不足：（1）制备出的氢氧化钴颗粒都为分散的颗粒，不但增加了生产中过滤的难度，而且在应用时还需要添加粘结剂以增加颗粒之间以及颗粒与负载基体之间的结合力；（2）制备过程中容易被空气中氧气氧化成棕黑色的Co(OH)3；（3）操作条件复杂，生产周期长，极大地限制了产品工业化进程。
发明内容
本发明的目的在于提供一种制备工艺简单、生产成本低廉、所得氢氧化钴薄膜纯度高，厚度均匀可控的氢氧化钴薄膜的制备方法。
本发明的技术方案如下：
首先在导电或非导电的平面基体上通过电沉积法或化学沉积法获得厚度为100-1000nm的金属钴薄膜；然后通过常规的机械剥离法、超声法或化学方法将金属钴薄膜从基体剥离并浸入pH为10-15的电解液中，使金属钴薄膜与电解液中的溶解氧在室温下进行反应，反应时间为1-30小时。此过程中薄膜由金属颜色转变为具有柔韧性的半透明颜色；经过去离子水洗涤3-5次、干燥后，即可得到氢氧化钴薄膜，该薄膜是由六边型氢氧化钴纳米颗粒相互交联而成，其厚度为100-1000nm。
所述电解液是由浓度为0-5mol L-1的氨水、氢氧化钠、氢氧化钾，浓度为0-5mol L-1的各类导电盐，如硫酸钠、氯化钠、碳酸钠，以及浓度为0-0.1mol L-1的表面活性剂，如十二烷基硫酸钠、四丁基溴化铵中的一种或多种组成。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
1、制备工艺简单，易于操作，生产成本低、周期短，适合工业化大生产。
2、所得氢氧化钴薄膜纯度高，厚度均匀可控，适用于制备各类电池材料及催化剂材料。
附图说明
图1为本发明实施例1得到的氢氧化钴薄膜侧面的电子扫描电镜图。
图2为本发明实施例1得到的氢氧化钴薄膜的电子扫描电镜图。
具体实施方式
实施例1
首先通过电沉积方法在ITO导电玻璃基体上获得金属钴薄膜，膜的厚度为500nm。然后将金属钴薄膜通过机械法从基体剥离，并浸入浓度为60g/L的氢氧化钾电解液中，使金属钴薄膜与电解液中的溶解氧在室温下反应15小时，薄膜由金属颜色转变为具有柔韧性的半透明颜色时，将薄膜转移到镍箔上，经去离子水洗涤后，即可得到均匀负载的氢氧化钴薄膜。如图1和图2所示，可看出，所制备的氢氧化钴薄膜是由六边形氢氧化钴纳米颗粒相互交联而成，与基体结合度良好。
实施例2
首先通过电沉积方法在高纯石墨基体上获得金属钴薄膜，膜的厚度为100nm。然后将金属钴薄膜通过超声方法从基体剥离，并浸入5g/L硫酸钠+40g/L的氢氧化钠电解液中，使金属钴薄膜与电解液中的溶解氧在室温下反应1小时。薄膜由金属颜色转变为具有柔韧性的半透明颜色时，将薄膜转移到钛箔上，经去离子水洗涤后，即可得到均匀负载的氢氧化钴薄膜。
实施例3
首先通过化学沉积方法在ABS塑料基体上获得金属钴薄膜，膜的厚度为1000nm。然后通过化学法溶解ABS塑料从而将金属钴薄膜从基体剥离，将金属钴薄膜浸入5g/L氯化钠+0.005g/L十二烷基硫酸钠+60g/L的氢氧化钾电解液中，使金属钴薄膜与电解液中的溶解氧在室温下反应30小时。薄膜由金属颜色转变为具有柔韧性的半透明颜色时，将薄膜转移到硅片上，经去离子水洗涤后，即可得到均匀负载的氢氧化钴薄膜。
Claims (6)
1.一种制备氢氧化钴薄膜的方法，其特征在于：该方法的步骤如下：
(1)首先在平面基体上通过沉积法获得厚度为100-1000nm金属钴薄膜；
(2)然后将金属钴薄膜从基体剥离并浸入pH为10-15的电解液中，使金属钴薄膜与电解液中的溶解氧在室温下反应1-30小时，此过程中薄膜由金属颜色转变为具有柔韧性的半透明颜色；
(3)经过去离子水洗涤3-5次、干燥后，即可得到氢氧化钴薄膜，该薄膜是由六边型氢氧化钴纳米颗粒相互交联而成。
2.根据权利要求1所述的制备氢氧化钴薄膜的方法，其特征在于：所述平面基体为各类导电或非导电的基体，并且适合通过某种方法在其上获得金属钴薄膜。
3.根据权利要求1或2所述的制备氢氧化钴薄膜的方法，其特征在于：所述沉积法是指包括电沉积法或化学沉积法在内的任一种或多种可以在基体上获得金属钴薄膜的方法。
4.根据权利要求3所述的制备氢氧化钴薄膜的方法，其特征在于：所述的将金属钴薄膜从基体剥离是通过机械剥离法、超声法或化学方法中的一种或多种方法将金属钴薄膜从基体剥离。
5.根据权利要求1所述的制备氢氧化钴薄膜的方法，其特征在于：所得的氢氧化钴薄膜的厚度在100-1000nm。
6.根据权利要求1所述的制备氢氧化钴薄膜的方法，其特征在于：所述pH为10-15的电解液是由浓度为0-5mol L-1的氨水、氢氧化钠、氢氧化钾，浓度为0-5mol L-1的硫酸钠、氯化钠、碳酸钠，以及浓度为0-0.1mol L-1的十二烷基硫酸钠、四丁基溴化铵中的一种或多种组成。
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