CN105036203A - 一种四氧化三钴空心微米球的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种四氧化三钴空心微米球的制备方法，属于无机非金属材料制备领域。在该发明中，首先称取适量的硫酸钴(CoSO4·7H2O)和硫酸钠(NaSO4)，并分别加入适量的去离子水配成一定浓度的溶液，待完全溶解后将两种溶液混合并搅拌均匀，然后依次加入一定量的氨水(NH3·H2O,25～28W/％)和双氧水(H2O2,≥30W/％)并继续搅拌，随后将溶液转移至聚四氟乙烯内衬中，放入反应釜中，在120℃～240℃的条件下反应4h～24h后取出反应釜，待其自然冷却至室温后，将产物取出，分别用乙醇和去离子水各洗涤3遍，干燥，即得到了四氧化三钴空心微米球产物。本发明操作简单，产率高，重复性好。
Description
技术领域
本发明涉及一种四氧化三钴空心微米球的制备方法，属于无机非金属材料制备领域。
背景技术
四氧化三钴(Co3O4)，属立方晶系，一般呈黑(灰)色粉末，具有AB2O4尖晶石结构，是一种磁性材料、p-型半导体。由于四氧化三钴自身在磁性、扩散率、电导率、化学活性、催化以及物理化学等方面的特殊性能，从而在磁性材料、压敏陶瓷、传感器、超级电容器、锂离子电池和催化材料等方面均具有非常广泛的应用，已经成为国内外科研工作者广泛关注的研究热点。
众所周知，晶型、形貌、比表面积和结构的稳定性等因素对材料的性能可以产生重要的影响。因此，具有不同形貌的四氧化三钴，如片状、管状、花状等，均有相应地最佳应用领域。作为特殊形貌之一的空心球结构，使得材料相对于其块体结构而言，可以具有更大的比表面积、更小的密度等优势，其表面亦可提供更多的活性位，从而进一步提升和优化了材料的性能，随之拓宽了其应用领域范围，如微型反应器、药物传导和缓释等。
本发明利用水热法一步制备得到具有空心结构的四氧化三钴微米球，不需要对水热法制备得到的产物进行后期热处理，方法和过程简单，反应条件温和。相对于工业化规模生产中常用的钴盐直接热分解法的600℃以上的反应温度、杂质种类多且含量高等缺点来说，本发明涉及的一种四氧化三钴空心微米球的制备方法具有明显优势。
发明内容
1、本发明涉及到一种四氧化三钴空心微米球的制备方法，其特征在于该方法中，利用水热法一步制备得到具有空心结构的四氧化三钴微米球，且该方法操作简单，反应条件温和且易控制，其制备过程包括如下步骤：
(1)称取适量的硫酸钴(CoSO4·7H2O)和硫酸钠(NaSO4)，并分别加入去离子水，配置成具有一定浓度的溶液，然后将上述两种溶液混合，并搅拌10min；
(2)在对上述溶液搅拌的过程中，加入适量的氨水(NH3·H2O,25～28W/％)，并继续搅拌10min；
(3)然后再向溶液中滴加一定量的双氧水(H2O2,≥30W/％)，并继续搅拌10min；
(4)将上述溶液移至聚四氟乙烯内衬中，并将其置于不锈钢反应釜中，并密封，拧紧，转移到已升至反应温度的烘箱中，保持一定的反应时间；
(5)当反应结束后，将反应釜自然冷却至室温，将样品分别用去离子水和乙醇各洗涤3遍；
(6)将样品置于温度为60℃的烘箱中下烘干3h，收集得到产物。
2、根据权利要求1所述的一种四氧化三钴空心微米球的制备方法，其特征在于步骤(1)中的硫酸钴(CoSO4·7H2O)的浓度为0.20mol/L～1.20mol/L。
3、根据权利要求1所述的一种四氧化三钴空心微米球的制备方法，其特征在于步骤(1)中的硫酸钠(NaSO4)的浓度为0.05mol/L～1.20mol/L。
4、根据权利要求1所述的一种四氧化三钴空心微米球的制备方法，其特征在于步骤(1)中的去离子水总用量为20mL～80mL。
5、根据权利要求1所述的一种四氧化三钴空心微米球的制备方法，其特征在于步骤(2)中氨水的用量范围为5mL～40mL。
6、根据权利要求1所述的一种四氧化三钴空心微米球的制备方法，其特征在于步骤(3)中双氧水的用量范围2mL～20mL。
7、根据权利要求1所述的一种四氧化三钴空心微米球的制备方法，其特征在于步骤(4)中烘箱的设定温度为120℃～240℃。
8、根据权利要求1所述的一种四氧化三钴空心微米球的制备方法，其特征在于步骤(4)中反应时间为4h～24h。
附图说明
图1为四氧化三钴空心微米球的扫描电镜照片，放大倍数为40000倍。由图可以明显看出其空心结构，其壳厚度约为300nm。
图2为四氧化三钴空心微米球的扫描电镜照片，放大倍数为6000倍。
图3为四氧化三钴空心微米球的XRD谱图。根据对谱图的分析，可以确定空心微米球的成分组成为四氧化三钴(PDFNo:43-1003)，且没有其他衍射峰的出现，表明没有其他物质存在。
具体实施方式
具体实施方式一：
(1)称取硫酸钴(CoSO4·7H2O)1.4g和硫酸钠(NaSO4)0.36g，并分别加入10mL去离子水配置成溶液，然后将上述两种溶液混合，并搅拌10min；
(2)在对上述溶液搅拌的过程中，加入10mL氨水(NH3·H2O)，并继续搅拌10min；
(3)然后再向溶液中滴加2mL的双氧水(H2O2)，并继续搅拌10min；
(4)将上述均匀溶液移至聚四氟乙烯内衬中，并将其置于不锈钢反应釜中，密封，拧紧，转移到已升至反应温度为200℃的烘箱中，保持12h；
(5)当反应结束后，将反应釜自然冷却至室温，将样品分别用去离子水和乙醇各洗涤3遍；
(6)将样品置于温度为60℃的烘箱中下烘干3h，收集得到产物。
具体实施方式二：
(1)称取硫酸钴(CoSO4·7H2O)1.4g和硫酸钠(NaSO4)0.36g，并分别加入30mL去离子水配置成溶液，然后将上述两种溶液混合，并搅拌10min；
(2)在对上述溶液搅拌的过程中，加入10mL氨水(NH3·H2O)，并继续搅拌10min；
(3)然后再向溶液中滴加2mL的双氧水(H2O2)，并继续搅拌10min；
(4)将上述均匀溶液移至聚四氟乙烯内衬中，并将其置于不锈钢反应釜中，密封，拧紧，转移到已升至反应温度为200℃的烘箱中，保持4h；
(5)当反应结束后，将反应釜自然冷却至室温，将样品分别用去离子水和乙醇各洗涤3遍；
(6)将样品置于温度为60℃的烘箱中下烘干3h，收集得到产物。
具体实施方式三：
(1)称取硫酸钴(CoSO4·7H2O)1.4g和硫酸钠(NaSO4)0.36g，并分别加入10mL去离子水配置成溶液，然后将上述两种溶液混合，并搅拌10min；
(2)在对上述溶液搅拌的过程中，加入10mL氨水(NH3·H2O)，并继续搅拌10min；
(3)然后再向溶液中滴加8mL的双氧水(H2O2)，并继续搅拌10min；
(4)将上述均匀溶液移至聚四氟乙烯内衬中，并将其置于不锈钢反应釜中，密封，拧紧，转移到已升至反应温度为200℃的烘箱中，保持12h；
(5)当反应结束后，将反应釜自然冷却至室温，将样品分别用去离子水和乙醇各洗涤3遍；
(6)将样品置于温度为60℃的烘箱中下烘干3h，收集得到产物。
具体实施方式四：
(1)称取硫酸钴(CoSO4·7H2O)1.48g和硫酸钠(NaSO4)0.36g，并分别加入30mL去离子水配置成溶液，然后将上述两种溶液混合，并搅拌10min；
(2)在对上述溶液搅拌的过程中，加入10mL氨水(NH3·H2O)，并继续搅拌10min；
(3)然后再向溶液中滴加2mL的双氧水(H2O2)，并继续搅拌10min；
(4)将上述均匀溶液移至聚四氟乙烯内衬中，并将其置于不锈钢反应釜中，密封，拧紧，转移到已升至反应温度为200℃的烘箱中，保持16h；
(5)当反应结束后，将反应釜自然冷却至室温，将样品分别用去离子水和乙醇各洗涤3遍；
(6)将样品置于温度为60℃的烘箱中下烘干3h，收集得到产物。
具体实施方式五：
(1)称取硫酸钴(CoSO4·7H2O)2.8g和硫酸钠(NaSO4)0.70g，并分别加入30mL去离子水配置成溶液，然后将上述两种溶液混合，并搅拌10min；
(2)在对上述溶液搅拌的过程中，加入10mL氨水(NH3·H2O)，并继续搅拌10min；
(3)然后再向溶液中滴加2mL的双氧水(H2O2)，并继续搅拌10min；
(4)将上述均匀溶液移至聚四氟乙烯内衬中，并将其置于不锈钢反应釜中，密封，拧紧，转移到已升至反应温度为200℃的烘箱中，保持12h；
(5)当反应结束后，将反应釜自然冷却至室温，将样品分别用去离子水和乙醇各洗涤3遍；
(6)将样品置于温度为60℃的烘箱中下烘干3h，收集得到产物。
具体实施方式六：
(1)称取硫酸钴(CoSO4·7H2O)1.4g和硫酸钠(NaSO4)0.36g，并分别加入10mL去离子水配置成溶液，然后将上述两种溶液混合，并搅拌10min；
(2)在对上述溶液搅拌的过程中，加入10mL氨水(NH3·H2O)，并继续搅拌10min；
(3)然后再向溶液中滴加2mL的双氧水(H2O2)，并继续搅拌10min；
(4)将上述均匀溶液移至聚四氟乙烯内衬中，并将其置于不锈钢反应釜中，密封，拧紧，转移到已升至反应温度为150℃的烘箱中，保持12h；
(5)当反应结束后，将反应釜自然冷却至室温，将样品分别用去离子水和乙醇各洗涤3遍；
(6)将样品置于温度为60℃的烘箱中下烘干3h，收集得到产物。
Claims (8)
1.本发明涉及到一种四氧化三钴空心微米球的制备方法，其特征在于该方法中，利用水热法一步制备得到具有空心结构的四氧化三钴微米球，且该方法操作简单，反应条件温和且易控制，其制备过程包括如下步骤：
(1)称取适量的硫酸钴(CoSO4·7H2O)和硫酸钠(NaSO4)，并分别加入去离子水，配置成具有一定浓度的溶液，然后将上述两种溶液混合，并搅拌10min；
(2)在对上述溶液搅拌的过程中，加入适量的氨水(NH3·H2O,25～28W/％)，并继续搅拌10min；
(3)然后再向溶液中滴加一定量的双氧水(H2O2,≥30W/％)，并继续搅拌10min；
(4)将上述溶液移至聚四氟乙烯内衬中，并将其置于不锈钢反应釜中，并密封，拧紧，转移到已升至反应温度的烘箱中，保持一定的反应时间；
(5)当反应结束后，将反应釜自然冷却至室温，将样品分别用去离子水和乙醇各洗涤3遍；
(6)将样品置于温度为60℃的烘箱中下烘干3h，收集得到产物。
2.根据权利要求1所述的一种四氧化三钴空心微米球的制备方法，其特征在于步骤(1)中的硫酸钴(CoSO4·7H2O)的浓度为0.20mol/L～1.20mol/L。
3.根据权利要求1所述的一种四氧化三钴空心微米球的制备方法，其特征在于步骤(1)中的硫酸钠(NaSO4)的浓度为0.05mol/L～1.20mol/L。
4.根据权利要求1所述的一种四氧化三钴空心微米球的制备方法，其特征在于步骤(1)中的去离子水总用量为20mL～80mL。
5.根据权利要求1所述的一种四氧化三钴空心微米球的制备方法，其特征在于步骤(2)中氨水的用量范围为5mL～40mL。
6.根据权利要求1所述的一种四氧化三钴空心微米球的制备方法，其特征在于步骤(3)中双氧水的用量范围2mL～20mL。
7.根据权利要求1所述的一种四氧化三钴空心微米球的制备方法，其特征在于步骤(4)中烘箱的设定温度为120℃～240℃。
8.根据权利要求1所述的一种四氧化三钴空心微米球的制备方法，其特征在于步骤(4)中反应时间为4h～24h。
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Granted publication date: 20170301 Termination date: 20210704 |
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