CN108033493A - 多孔ZnCo2O4纳米片和准立方体微纳米结构的合成方法 - Google Patents

多孔ZnCo2O4纳米片和准立方体微纳米结构的合成方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种多孔ZnCo2O4纳米片和准立方体微纳米结构的合成方法，包括如下步骤：（1）、称取CTAB，常温下溶解在去离子水和乙二醇混合溶液中，得到澄清溶液；（2）、称取Zn(NO3)2•6H2O、Co(NO3)2•6H2O和尿素，三者的摩尔比为1:2:15，常温下溶解在步骤（1）所得溶液中，充分搅拌；（3）、将步骤（2）所得溶液转移至聚四氟乙烯内衬不锈钢反应釜中，密封，在100~180℃下反应3~20h；（4）、反应结束后，自然冷却至室温；离心，用去离子水和无水乙醇分别清洗3次，干燥，即可得到锌钴‑前驱体。本发明方法通过简单调控反应参数即可合成得到不同形貌ZnCo2O4的微纳米结构。

Description

多孔ZnCo2O4纳米片和准立方体微纳米结构的合成方法
技术领域
本发明涉及过渡金属氧化物ZnCo2O4领域，具体为一种多孔长方形纳米片和准立方体结构的过渡金属氧化物微纳米材料的制备方法。
背景技术
尖晶石结构ZnCo2O4纳米材料具有结构稳定、禁带较窄、导电性好、光电化学性能稳定、环保及可重复利用率高等优点，以及优良的电化学性质、气敏性质和催化性质等，使之被广泛地应用于陶瓷材料、固态气敏元件、催化剂、吸附材料、超级电容器等领域。为了提高ZnCo2O4的物理和化学性能，不同形貌的ZnCo2O4微纳米材料已被成功制备。制备ZnCo2O4的方法有化学共沉淀法、溶胶-凝胶法、模板法、离子交换法、静电纺丝法等。虽然这些方法制备得到的产物粒径均匀，但操作过程复杂、影响因素不易控制、很难得到纯相ZnCo2O4。
溶剂热法具有操作简单、成本低、环境友好等优点，同时控制实验参数可获得不同形貌和尺寸的产物，从而可以改变ZnCo2O4的物理化学性能，并使之应用于不同领域。
发明内容
本发明的目的是提供一种多孔ZnCo2O4长方形纳米片和准立方体微纳米结构的简易制备方法。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种多孔过渡金属氧化物ZnCo2O4微纳米材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）、称取一定量的十六烷基三甲基溴化铵（CTAB），常温下溶解于去离子水和乙二醇混合溶液（v/v，1:1）中，得到澄清溶液；
（2）、称取Zn(NO3)2•6H2O、Co(NO3)2•6H2O和尿素，三者的摩尔比为1:2:15，常温下溶解于步骤（1）所得的溶液中，充分搅拌；
（3）、将步骤（2）所得溶液转移至聚四氟乙烯内衬不锈钢反应釜中，密封，在100~180℃下反应3~20h；
（4）、反应结束后，自然冷却至室温；离心，用去离子水和无水乙醇分别清洗3次，干燥，即可得到锌钴-前驱体；
（5）、将步骤（4）所得粉末在空气中煅烧；煅烧温度为350~600℃，煅烧时间为2~10h，升温速率为1~15℃·min-1。
进一步地，CTAB用量为0~amol，其中a等于Zn(NO3)2•6H2O的摩尔量。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
1、通过简单调控反应参数即可合成得到不同形貌ZnCo2O4的微纳米结构，尤其是多孔ZnCo2O4长方形纳米片和准立方体微纳米结构。
2、生产成本低、快速合成；
3、制备过程环保，不会污染环境；
4、所需设备简易、制备工艺简单。
本发明设计合理，具有很好的市场应用及推广价值。
附图说明
图1表示实施例1所制得的纳米片锌钴-前驱体的扫描电子显微镜（SEM）照片。
图2表示实施例1所制得的多孔ZnCo2O4长方形纳米片X-射线衍射（XRD）图。
图3表示实施例1所制得的多孔ZnCo2O4纳米片低倍率SEM照片。
图4表示实施例1所制得的多孔ZnCo2O4纳米片高倍率SEM照片。
图5表示实施例1所制得的多孔ZnCo2O4纳米片氮气吸附-脱附曲线和孔径分布图。
图6表示实施例2所制得的多孔ZnCo2O4 SEM照片。
图7表示实施例3所制得的多孔ZnCo2O4 SEM照片。
图8表示实施例4所制得的多孔ZnCo2O4 SEM照片。
图9表示实施例5所制得的多孔ZnCo2O4 SEM照片。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施例进行详细说明。
本发明是通过一种简单溶剂热法来制备ZnCo2O4微纳米材料，通过控制反应时间、反应温度、表面活性剂用量等工艺条件，可以合成出具有不同形貌的多孔ZnCo2O4微纳米材料。
实施例1
一种多孔过渡金属氧化物ZnCo2O4纳米材料的纳米片和准立方体微纳米结构的合成方法，包括以下步骤：
（1）、称取0.3g Zn(NO3)2•6H2O，0.575g Co(NO3)2•6H2O，0.9g尿素常温下溶解在40mL去离子水和乙二醇混合溶液（v/v，1:1）中，充分搅拌，得到澄清溶液；
（2）、将步骤（1）所得溶液转移至50mL聚四氟乙烯内衬不锈钢反应釜中，密封，在180℃下反应3h；
（3）、反应结束后，自然冷却至室温；离心，用去离子水和无水乙醇分别清洗3次，干燥，即可得到锌钴-前驱体；
（4）、将步骤（3）所得粉末在空气中400℃煅烧2h，升温速率为5℃·min-1。
（5）、将样品进行形貌、相态表征以及BET比表面积分析，锌钴-前驱体的SEM照片表明纳米片厚度为100~150nm，具有类似长方形形状（见图1）；最终产物的XRD图谱表明所有衍射峰均对应立方相ZnCo2O4的衍射峰，说明产物纯度非常高（见图2）；从ZnCo2O4的高、低倍率SEM照片中可以看出，煅烧后的产物具有多孔特征，且很好地保持了前驱体纳米片的形貌（见图3、4）；ZnCo2O4的氮气吸附-脱附曲线属于IV型，BET比表面积为54.4 m2 g-1，平均孔径为7.8nm（见图5）。
实施例2
一种多孔过渡金属氧化物ZnCo2O4纳米材料的纳米片和准立方体微纳米结构的合成方法，包括以下步骤：
（1）、称取0.35g CTAB（0.001mol），常温下溶解在40mL去离子水和乙二醇混合溶液（v/v，1:1）中，得到澄清溶液；
（2）、称取0.3g Zn(NO3)2•6H2O（0.001mol），0.575g Co(NO3)2•6H2O（0.002mol），0.9g尿素（0.015mol）常温下溶解在步骤（1）所得溶液中，充分搅拌；
（3）、将步骤（2）所得溶液转移至50mL 聚四氟乙烯内衬不锈钢反应釜中，密封，在180℃下反应6h；
（4）、反应结束后，自然冷却至室温；离心，用去离子水和无水乙醇分别清洗3次，干燥，即可得到锌钴-前驱体；
（5）、将步骤（4）所得粉末在空气中400℃煅烧2h，升温速率为5℃·min-1。
（6）、将样品进行形貌表征，SEM表明最终产物具有准立方体和少量的纳米片形貌；准立方体尺寸约为3~5μm；且出现了极少量由纳米片组成的微花结构（见图6）。
实施例3
一种多孔过渡金属氧化物ZnCo2O4纳米材料的纳米片和准立方体微纳米结构的合成方法，包括以下步骤：
（1）、称取0.3g Zn(NO3)2•6H2O，0.575g Co(NO3)2•6H2O，0.9g尿素常温下溶解在40mL去离子水和乙二醇混合溶液（v/v，1:1）中，充分搅拌；
（2）、将步骤（1）所得溶液转移至50mL聚四氟乙烯内衬不锈钢反应釜中，密封，在165℃下反应6h；
（3）、反应结束后，自然冷却至室温；离心，用去离子水和无水乙醇分别清洗3次，干燥，即可得到锌钴-前驱体；
（4）、将步骤（3）所得粉末在空气中400℃煅烧2h，升温速率为5℃·min-1。
（5）、将样品进行形貌表征，SEM表明所得产物为ZnCo2O4纳米片，厚度约为200nm，且有少量由纳米片组成的微花（见图7）。
实施例4
一种多孔过渡金属氧化物ZnCo2O4纳米材料的纳米片和准立方体微纳米结构的合成方法，包括以下步骤：
（1）、称取0.3g Zn(NO3)2•6H2O，0.575g Co(NO3)2•6H2O，0.9g尿素常温下溶解在40mL去离子水和乙二醇混合溶液（v/v，1:1）中，充分搅拌；
（2）、将步骤（1）所得溶液转移至50mL 聚四氟乙烯内衬不锈钢反应釜中，密封，在150℃下反应9h；
（3）、反应结束后，自然冷却至室温；离心，用去离子水和无水乙醇分别清洗3次，干燥，即可得到锌钴-前驱体；
（4）、将步骤（3）所得粉末在空气中400℃煅烧2h，升温速率为5℃·min-1。
（5）、对样品进行形貌表征，SEM表明所得产物为 ZnCo2O4准立方体，其尺寸约为7~12μm；且出现少量破碎的纳米片（见图8）。
实施例5
一种多孔过渡金属氧化物ZnCo2O4纳米材料的纳米片和准立方体微纳米结构的合成方法，包括以下步骤：
（1）、称取0.35g CTAB，常温下溶解在40mL去离子水和乙二醇混合溶液（v/v，1:1）中，得到澄清溶液；
（2）、称取0.3g Zn(NO3)2•6H2O，0.575g Co(NO3)2•6H2O，0.9g尿素常温下溶解在步骤（1）所得溶液中，充分搅拌；
（3）、将步骤（2）所得溶液转移至50mL聚四氟乙烯内衬不锈钢反应釜中，密封，在165℃下反应15h；
（4）、反应结束后，自然冷却至室温；离心，用去离子水和无水乙醇分别清洗3次，干燥，即可得到锌钴-前驱体；
（5）、将步骤（4）所得粉末在空气中400℃煅烧2h，升温速率为5℃·min-1。
（6）、将样品进行形貌表征，SEM表明所得产物为ZnCo2O4准立方体、纳米片，以及由纳米片组成的微米花（见图9）。
以上实施例仅用以说明本发明而非限制，本领域技术人员应当理解，对本发明内容进行修改或者等同替换，都不脱离本发明范围。

Claims (3)

1.一种多孔ZnCo2O4纳米片和准立方体微纳米结构的合成方法，其特征在于：包括如下步骤：
（1）、称取CTAB，常温下溶解在去离子水和乙二醇混合溶液中，得到澄清溶液；
（2）、称取Zn(NO3)2•6H2O、Co(NO3)2•6H2O和尿素，三者的摩尔比为1:2:15，常温下溶解在步骤（1）所得溶液中，充分搅拌；
（3）、将步骤（2）所得溶液转移至聚四氟乙烯内衬不锈钢反应釜中，密封，在100~180℃下反应3~20h；
（4）、反应结束后，自然冷却至室温；离心，用去离子水和无水乙醇分别清洗3次，干燥，即可得到锌钴-前驱体；
（5）、将步骤（4）所得粉末在空气中煅烧；煅烧温度为350~600℃，煅烧时间为2~10h，升温速率为1~15℃·min-1。
2.根据权利要求1所述的多孔ZnCo2O4长方形纳米片和准立方体微纳米结构的制备方法，其特征在于：步骤（1）中，所述CTAB用量为0~amol，其中a等于Zn(NO3)2•6H2O的摩尔量。
3.根据权利要求1所述的多孔ZnCo2O4长方形纳米片和准立方体微纳米结构的制备方法，其特征在于：步骤（1）中，去离子水和乙二醇的体积为1:1。
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