CN109702219B - 一种硼砂辅助制备空心结构颗粒的方法 - Google Patents

Abstract

一种硼砂辅助制备空心结构颗粒的方法，制备步骤如下：以金属盐、还原剂为原料，以水为溶剂，以硼砂为添加剂。将硼砂和还原剂分别溶于蒸馏水中，然后混合搅拌均匀，向混合溶液中加入金属盐，得到混合物A。混合物A通过离心或者抽滤得到沉淀，用蒸馏水洗涤，得到目标金属氧化物空心粉体或者氢氧化物空心粉体。氢氧化物空心粉体在空气气氛下煅烧，可得到目标金属氧化物空心粉体。将混合物A放入水热反应釜加热，用蒸馏水清洗沉淀后得到目标金属空心粉末。本发明以硼砂作为辅助剂，促进了空心结构的形成，反应后只需用水清洗即可完全去除，工艺简单，可以确保清洁的颗粒表面，成本低，对环境友好，易于推广。

Description

一种硼砂辅助制备空心结构颗粒的方法

技术领域

本发明属于纳米结构的粉末制备技术领域，具体涉及一种硼砂辅助制备空心结构颗粒的方法。

背景技术

空心结构颗粒粉末具有丰富的反应位点、短的传质距离、强大的应力缓冲能力、可调节的活性和高结构稳定性等特点，可广泛应用于能量储存、生物医学和催化/电催化等各种领域，最近引起了很多研究者和工业界的关注。关于中空结构颗粒的合成，牺牲模板方法取得了巨大的成功。模板法有预先制备模板、目标材料涂层、化学或热处理去除模板等几个步骤，通常耗时且相对复杂，材料浪费大，难以回收等，这限制了这项技术的大规模应用。奥斯特瓦尔德成熟是一种新的无需模板的制备空心结构的方法，在这个物理过程中，具有较高溶解度的小晶体发生溶解并沉积在大晶体上，在颗粒内部产生空腔，形成空心结构。该方法无需模板，但晶体的溶解和重新通常耗时较长，特别它目前只在制备一些多晶金属氧化物/硫化物方面取得成功，尚未实现金属中空结构颗粒的制备，因此，迫切需要新的无模板的空心结构粉末的快速合成方案。

金属和金属氧化物已被公认为是在电子、传感器和催化等应用领域的特别重要的材料。例如，在电化学领域，氧化物基和金属纳米材料不仅可以与电解质中的碱离子发生可逆转化反应，储存能源，还可以电催化各种反应，如水分解、氧还原、二氧化碳还原和葡萄糖氧化等。中空结构是提高金属和金属氧化物纳米材料电化学应用性能的有效手段。

发明内容

本发明的目的是提出一种简便的硼砂辅助的一锅法来合成空心金属氧化物颗粒和空心金属颗粒。

一种硼砂辅助制备空心结构颗粒的方法，其特征在于采用硼砂辅助法制备出空心金属氧化物粉末或空心金属粉末，空心金属氧化物粉末的制备步骤如下：

a、以金属盐、还原剂为原料，以水为溶剂，以硼砂为添加剂；金属盐，包括铜、铁、镍、钴、银、锌等金属元素的硝酸盐、氯化盐、硫酸盐、乙酸盐；还原剂包括葡萄糖、抗坏血酸、水合肼、十八胺等；

b、将硼砂和还原剂分别溶于蒸馏水中，然后混合搅拌均匀，混合后硼砂的浓度在1-1000mg/mL之间；还原剂的浓度在1-800mg/mL之间；

c、向混合溶液中加入金属盐，金属盐的加入量1-5000mg/mL之间，搅拌均匀，静置1-30分钟，得到混合物A；

d、混合物A通过离心或者抽滤得到沉淀，用蒸馏水洗涤，得到目标金属氧化物空心粉体或者氢氧化物空心粉体；

e、氢氧化物空心粉体在空气气氛下煅烧，温度在200-900℃之间，得到目标金属氧化物空心粉体；尺寸在10纳米-100微米之间，内部具有空腔结构。

进一步地，所述空心金属粉末颗粒的制备步骤如下：

a、以金属盐、还原剂为原料，以水为溶剂，以硼砂为添加剂。金属盐，包括铜、铁、镍、钴、银、锌金属元素的硝酸盐、氯化盐、硫酸盐、乙酸盐；还原剂包括葡萄糖、抗坏血酸、水合肼、十八胺；

b、将硼砂和还原剂分别溶于蒸馏水中，然后混合搅拌均匀，混合后硼砂的浓度在1-1000mg/mL之间；还原剂的浓度在1-800mg/mL之间；

c、向混合溶液中加入金属盐，金属盐的加入量1-5000mg/mL之间，搅拌均匀，静置1-30分钟，得到混合物A；

d、将混合物A放入水热反应釜，于70-220℃温度下保温0.5-5小时；

e、取出反应釜，冷却至室温后，打开容器，倒出沉淀，用蒸馏水清洗后得到目标金属空心粉末，尺寸在10纳米-100微米之间，内部具有空腔结构。

本发明方法不需要预先合成模板，也不涉及有机表面活性剂或聚合物的使用。硼砂作为辅助剂，促进了空心结构的形成，反应后只需用水清洗即可完全去除，工艺较简单，同时可以确保清洁的颗粒表面。该方法成本低，对环境友好，易于推广。

附图说明

(1)图1为本发明方法制备的Cu₂O空心颗粒。

(2)图2为本发明方法制备的Cu空心颗粒。

具体实施方式

实施例1：

将0.4克抗坏血酸和1克硼砂各自溶于20毫升蒸馏水中，搅拌至完全溶解，然后将上述两种溶液混合，常温下超声振荡20分钟，然后加入0.2克氯化铜，搅拌5分钟，静置30分钟。得到的混合物，在4000转/分钟的离心机中离心，得到沉淀，然后用水反复清洗，在干燥箱60℃保温6小时进行干燥，得到氧化亚铜空心颗粒产物。

实施例2：

将0.4克抗坏血酸和1克硼砂各自溶于20毫升蒸馏水中，搅拌至完全溶解，然后将上述两种溶液混合，常温下超声振荡20分钟，然后加入0.2克氯化铜，搅拌5分钟，静置1分钟。得到的混合物，放入50毫升聚四氟乙烯内衬的不锈钢水热罐中，拧紧盖子后，将水热罐放入120℃烘箱中，保温3小时后，将水热罐取出烘箱，置于空气中冷却至室温，然后将水热罐子打开，倒出里面的混合物，在4000转/分钟的离心机中离心，得到沉淀，然后用水反复清洗，在干燥箱60℃保温12小时进行干燥，得到金属铜空心颗粒产物。

实施例3：

将0.1克葡萄糖和3克硼砂各自溶于20毫升蒸馏水中，搅拌至完全溶解，然后将上述两种溶液混合，常温下超声振荡20分钟，然后加入0.05克硫酸铁，搅拌5分钟，静置20分钟。得到的混合物，在8000转/分钟的离心机中离心，得到沉淀，然后用水反复清洗后放入马弗炉中，空气气氛下350℃煅烧，保温2小时，得到氧化铁空心颗粒产物。

实施例4：

将1克葡萄糖和0.5克硼砂各自溶于20毫升蒸馏水中，搅拌至完全溶解，然后将上述两种溶液混合，常温下超声振荡20分钟，然后加入0.05克硝酸镍，搅拌5分钟，静置10分钟。得到的混合物，在8000转/分钟的离心机中离心，得到沉淀，然后用水反复清洗后放入马弗炉中，空气气氛下400℃煅烧，保温2小时，得到氧化镍空心颗粒产物。

Claims (1)

1.一种硼砂辅助制备空心结构颗粒的方法，其特征在于采用硼砂辅助法制备出空心金属氧化物粉末或空心金属粉末颗粒，空心金属氧化物粉末的制备步骤如下：

a、以金属盐、还原剂为原料，以水为溶剂，以硼砂为添加剂；金属盐，为铜、铁、镍、钴、银、锌金属元素的硝酸盐、氯化盐、硫酸盐、乙酸盐中的一种；还原剂为葡萄糖、抗坏血酸、水合肼、十八胺中的一种；

b、将硼砂和还原剂分别溶于蒸馏水中，然后混合搅拌均匀，混合后硼砂的浓度在1-1000mg/mL之间；还原剂的浓度在1-800mg/mL之间；

c、向混合溶液中加入金属盐，金属盐的加入量1-5000mg/mL之间，搅拌均匀，静置1-30分钟，得到混合物A；

d、混合物A通过离心或者抽滤得到沉淀，用蒸馏水洗涤，得到目标金属氧化物空心粉体或者氢氧化物空心粉体；

e、氢氧化物空心粉体在空气气氛下煅烧，温度在200-900℃之间，得到目标金属氧化物空心粉体；尺寸在10纳米-100微米之间，内部具有空腔结构；

所述空心金属粉末颗粒的制备步骤如下：

a、以金属盐、还原剂为原料，以水为溶剂，以硼砂为添加剂；金属盐，为铜、铁、镍、钴、银、锌金属元素的硝酸盐、氯化盐、硫酸盐、乙酸盐中的一种；还原剂为葡萄糖、抗坏血酸、水合肼、十八胺中的一种；

b、将硼砂和还原剂分别溶于蒸馏水中，然后混合搅拌均匀，混合后硼砂的浓度在1-1000mg/mL之间；还原剂的浓度在1-800mg/mL之间；

c、向混合溶液中加入金属盐，金属盐的加入量1-5000mg/mL之间，搅拌均匀，静置1-30分钟，得到混合物A；

d、将混合物A放入水热反应釜，于70-220℃温度下保温0.5-5小时；

e、取出反应釜，冷却至室温后，打开容器，倒出沉淀，用蒸馏水清洗后得到目标金属空心粉末，尺寸在10纳米-100微米之间，内部具有空腔结构。

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