CN108383172A - 一种四氧化三钴纳米球的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种四氧化三钴纳米球的制备方法，采用水热法合成，包括以下步骤：将氨水和等体积的超纯水混合，然后加入PVP，超声分散均匀，再加入六水合硝酸钴，再进行超声分散，得到混合液；将混合液在设定温度下进行恒温反应，反应结束后，将反应液冷却至室温得到反应产物，经离心分离、洗涤、干燥，得到Co(OH)2纳米球前驱体；将Co(OH)2纳米球前驱体焙烧，以一定速率升温至设定温度并保持一段时间后，即得到产品。与现有技术相比，本发明制备工艺简单，原材料易得、价格低廉、对环境无污染，成本低、产率高，适合工业化生产。

Description

一种四氧化三钴纳米球的制备方法
技术领域
本发明涉及纳米材料制备领域，具体涉及一种四氧化三钴纳米球的制备方法。
背景技术
纳米材料具有许多优异的物理化学性质，尤其是一维过渡金属氧化物纳米材料，因其特殊的光学、磁学和电学特性而备受瞩目，其合成研究引起科学家越来越大的兴趣。随着微纳米材料技术的发展，一些具有特殊形貌的无机纳米结构在催化、能量存储、传感等方面的表现出优异的性能，引起人们的广泛关注。
四氧化三钴(Co3O4)是一种具有尖晶石结构的重要p型半导体，在催化、能量转换、能量存储、气敏等领域时，常表现出优异的性能。中国专利CN 107356639A公开了一种四氧化三钴纳米片空心球及其制备方法和用途，先将磺化的胶体球乙醇分散液与硝酸钴甲醇溶液混合，再向其中加入二甲基咪唑甲醇溶液后超声，得到反应液，之后，先对反应液依次进行固液分离、洗涤和干燥的处理，得到粉末状中间产物，再将粉末状中间产物退火，制得目的产物。B.Liu等人基于“Ostwald熟化”机制的合成方法，利用该原理在乙醇溶液中100℃反应24小时得到内核为不完整的球冠且与外壳生长在一起的Co3O4微球，实际上是一种半空心结构(B.Liu,H.C.Zeng,Small 2005,1,566)。现有技术中，制备方法复杂、成本高，缺少一种简单、低成本制备Co3O4纳米球的方法。
发明内容
本发明的目的就是为了解决上述问题而提供一种四氧化三钴纳米球的制备方法，制备方法简单、成本低廉、可大规模生产多孔Co3O4纳米球。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
一种四氧化三钴纳米球的制备方法，采用水热法合成，包括以下步骤：
(1)将氨水和等体积的超纯水混合，然后加入PVP(聚乙烯吡咯烷酮)，超声分散均匀，再加入六水合硝酸钴，再进行超声分散，得到混合液；
(2)将混合液在设定温度下进行恒温反应，反应结束后，将反应液冷却至室温得到反应产物，经离心分离、洗涤、干燥，得到Co(OH)2纳米球前驱体；
(3)将Co(OH)2纳米球前驱体焙烧，以一定速率升温至设定温度并保持一段时间后，即得到产品。
优选地，步骤(1)所述PVP的质量与氨水的体积比为0.01-0.03g/5ml。
优选地，步骤(1)所述PVP和六水合硝酸钴的摩尔比为1：0.0007-0.003。
优选地，步骤(2)混合液反应温度为150-180℃，反应时间为20-30小时。
优选地，步骤(2)混合液反应温度为180℃，反应时间为24小时。
优选地，步骤(2)混合液在烘箱中进行反应。
优选地，步骤(2)反应产物用去离子水洗涤多次，最后一次用乙醇洗涤，离心分离时的转速为8000-12000转/分钟。
优选地，步骤(2)干燥时在60-80℃的真空烘箱中进行。
优选地，步骤(3)Co(OH)2纳米球前驱体焙烧时在管式炉中进行，温度为250-350℃，焙烧时间为2-4小时。
优选地，步骤(3)Co(OH)2纳米球前驱体焙烧时，以2℃/min的升温速率升至300℃并保持3小时。
与现有技术相比，本发明的优点是：该制备方法工艺简单、操作方便、反应条件温和，以硝酸钴为钴源，PVP为模板剂，氨水为沉淀剂，原料廉价，经济可靠，而且制备的Co3O4纳米球纯度较高，可大规模生产。
附图说明
图1为实施例1中Co3O4纳米球的透射电子显微镜照片；
图2为实施例1中Co3O4纳米球的扫描电子显微镜照片；
图3为实施例1中Co3O4纳米球的X射线衍射图谱；
图4为实施例2中Co3O4纳米球的扫描电子显微镜照片；
图5为实施例2中Co3O4纳米球的X射线衍射图谱；
图6为实施例3中Co3O4纳米球的扫描电子显微镜照片；
图7为实施例3中Co3O4纳米球的X射线衍射图谱。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
将25ml氨水和25ml超纯水移入容量为100mL带有聚四氟乙烯的水热反应釜中，然后将其置于超声机中超声5分钟。取0.05g的PVP(58000)于上述体系中继续超声10分钟。取0.364g六水合硝酸钴加入水热釜中，继续超声20分钟。再将四氟乙烯的水热反应釜拧紧密封，将反应釜放入180℃恒温烘箱中静置反应24小时。生成产物用去离子水洗涤三次，放入80℃烘箱中保温12小时干燥，得到前驱体Co(OH)2纳米球。最后将前驱体Co(OH)2纳米球在管式炉空气氛围中以2℃/分钟的速率升温至300℃，并在300℃保持3个小时，即可得到Co3O4纳米球，图1为Co3O4纳米球的透射电子显微镜照片，图2为Co3O4纳米球的扫描电子显微镜照片，图3为Co3O4纳米球的X射线衍射图谱。
实施例2
将25ml氨水和25ml超纯水移入容量为100mL带有聚四氟乙烯的水热反应釜中，然后将其置于超声机中超声5分钟。取0.1g的PVP(58000)于上述体系中继续超声10分钟。取0.364g六水合硝酸钴加入水热釜中，继续超声20分钟。再将四氟乙烯的水热反应釜拧紧密封，将反应釜放入180℃恒温烘箱中静置反应24小时。生成产物用去离子水洗涤三次，放入80℃烘箱中保温12小时干燥，得到前驱体Co(OH)2纳米球。最后将前驱体Co(OH)2纳米球在管式炉空气氛围中以2℃/分钟的速率升温至300℃，并在300℃保持3个小时，即可得到Co3O4纳米球，图4为Co3O4纳米球的扫描电子显微镜照片，图5为Co3O4纳米球的X射线衍射图谱。
实施例3
将25ml氨水和25ml超纯水移入容量为100mL带有聚四氟乙烯的水热反应釜中，然后将其置于超声机中超声5分钟。取0.15g的PVP(58000)于上述体系中继续超声10分钟。取0.364g六水合硝酸钴加入水热釜中，继续超声20分钟。再将四氟乙烯的水热反应釜拧紧密封，将反应釜放入180℃恒温烘箱中静置反应24小时。生成产物用去离子水洗涤三次，放入80℃烘箱中保温12小时干燥，得到前驱体Co(OH)2纳米球。最后将前驱体Co(OH)2纳米球在管式炉空气氛围中以2℃/分钟的速率升温至300℃，并在300℃保持3个小时，即可得到Co3O4纳米球，图6为Co3O4纳米球的扫描电子显微镜照片，图7为Co3O4纳米球的X射线衍射图谱。
以上所述为本发明较佳实例而已，但本发明不应该局限于该实例所公开的内容。所以凡是不脱离本发明所公开的精神下完成的等效或修改，都落入本发明保护的范围。

Claims (10)

1.一种四氧化三钴纳米球的制备方法，其特征在于，采用水热法合成，包括以下步骤：
(1)将氨水和等体积的超纯水混合，然后加入PVP，超声分散均匀，再加入六水合硝酸钴，再进行超声分散，得到混合液；
(2)将混合液在设定温度下进行恒温反应，反应结束后，将反应液冷却至室温得到反应产物，经离心分离、洗涤、干燥，得到Co(OH)2纳米球前驱体；
(3)将Co(OH)2纳米球前驱体焙烧，以一定速率升温至设定温度并保持一段时间后，即得到产品。
2.根据权利要求1所述的一种四氧化三钴纳米球的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述PVP的质量与氨水的体积比为0.01-0.03g/5ml。
3.根据权利要求1所述的一种四氧化三钴纳米球的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述PVP和六水合硝酸钴的摩尔比为1：0.0007-0.003。
4.根据权利要求1所述的一种四氧化三钴纳米球的制备方法，其特征在于，步骤(2)混合液反应温度为150-180℃，反应时间为20-30小时。
5.根据权利要求4所述的一种四氧化三钴纳米球的制备方法，其特征在于，步骤(2)混合液反应温度为180℃，反应时间为24小时。
6.根据权利要求4所述的一种四氧化三钴纳米球的制备方法，其特征在于，步骤(2)混合液在烘箱中进行反应。
7.根据权利要求1所述的一种四氧化三钴纳米球的制备方法，其特征在于，步骤(2)反应产物用去离子水洗涤多次，最后一次用乙醇洗涤，离心分离时的转速为8000-12000转/分钟。
8.根据权利要求1所述的一种四氧化三钴纳米球的制备方法，其特征在于，步骤(2)干燥时在60-80℃的真空烘箱中进行。
9.根据权利要求1所述的一种四氧化三钴纳米球的制备方法，其特征在于，步骤(3)Co(OH)2纳米球前驱体焙烧时在管式炉中进行，温度为250-350℃，焙烧时间为2-4小时。
10.根据权利要求9所述的一种四氧化三钴纳米球的制备方法，其特征在于，步骤(3)Co(OH)2纳米球前驱体焙烧时，以2℃/min的升温速率升至300℃并保持3小时。
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