CN111003732A - 一种四氧化三钴纳米材料的制备方法及其产品和应用 - Google Patents

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张芳
葛美英
卢玉英
李梦飞
金彩虹
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Abstract

本发明公开了一种四氧化三钴纳米材料的制备方法及其产品和应用，首先制备Co前驱体材料，然后将前驱体材料均匀分散于Co盐溶液中，将Co前驱体材料均匀分散于Co盐溶液中，利用冷冻干燥技术将溶剂挥发完毕，然后置于空气氛围中热处理得到Co3O4纳米材料，其中Co前驱体置于Co盐溶液中可增加纳米材料的孔隙率，所得的纳米材料具有较大的比表面积，用于气体检测可增加气体选择性；亦可用于催化材料、锂离子电池和超级电容器等领域，并且本发明制备方法简单，工艺条件容易实现。

Description

一种四氧化三钴纳米材料的制备方法及其产品和应用
技术领域
本发明涉及纳米材料制备领域，具体是指一种四氧化三钴纳米材料的制备方法及其产品和应用。
背景技术
金属氧化物半导体材料如Co3O4、α-Fe2O3、SnO2、ZnO、TiO2等由于稳定性好，储量丰富，易加工等特性，在各个领域均具有广泛的应用，其中尤其Co3O4是一种引用广泛的催化材料和气敏材料，且作为锂离子电池的负极材料和超级电容器的相关研究也逐渐引起研究者的关注。然而在实际应用领域，为了增加参与反应的活性位点，可制备纳米结构的材料（如纳米颗粒、纳米线、纳米管、分级自组装结构等）以及增加材料内部和表面缺陷以增加其比表面积。
本发明为了增加材料的比表面积、缺陷态、孔隙率，利用Co3O4团簇自掺杂Co3O4纳米材料，首先制备Co-MOF结构材料，然后将其均匀分散于Co前驱体溶液中，通过冷冻干燥使Co-MOF材料固定，然后采用热处理方法生成Co3O4纳米结构材料，该方法制备的材料可用于气敏材料、光催化材料、储能负载材料等。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明目的在于提供一种四氧化三钴纳米材料的制备方法的制备方法。
本发明的再一目的在于：提供一种上述方法制备的包裹IR780@硅质体产品。
本发明的又一目的在于：提供一种上述产品的应用。
本发明目的通过下述方案实现：一种四氧化三钴纳米材料的制备方法，首先制备Co前驱体材料，然后将前驱体材料均匀分散于Co盐溶液中，利用冷冻干燥技术将溶剂挥发完毕后，置于空气氛围中热处理得到Co3O4纳米材料，包括如下步骤：
步骤一：将1mmol的乙酸钴和0.3～0.5mmol的2,5-二羟基对苯二甲酸溶于50mL的四氢呋喃和二甲基甲酰胺中，四氢呋喃和二甲基甲酰胺体积比为（0.5～1）：1，将该溶液转移至反应釜中，80～100℃反应1～2h，冷却至室温后，将产生的沉淀用DMF和四氢呋喃和乙醇各洗涤3次，60℃干燥10h，得到样品A；
步骤二：取3～5mmol的四水合乙酸钴和15～20mmol的六亚甲基四胺溶于30mL去离子水和乙醇混合液中，去离子水和乙醇的体积比为1：1～2，得到溶液B；
步骤三：按乙酸钴和十二烷基硫酸钠摩尔比1：（1～2）取十二烷基硫酸钠溶于30mL去离子水中，然后取0.8～1mmol的3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵，搅拌至完全溶解，得到溶液C；
步骤四：将溶液B和溶液C搅拌混合均匀得混合溶液，取0.05g的样品A置于混合溶液中，搅拌均匀后，然后于-80℃冷冻干燥，干燥好的样品置于马弗炉中热处理，得到Co3O4纳米材料。
步骤四所述的热处理温度为500～550℃，升温速度为2～4℃/min，热处理环境为空气氛围。
本发明提供一种四氧化三钴纳米材料，根据上述任一所述的方法制备得到。
本发明提供一种四氧化三钴纳米材料在甲醛气体检测中的应用。
该方法制备的纳米材料对甲醛气体具有良好的响应性能。本发明合成的Co3O4纳米材料对甲醛最佳响应温度为150℃，对浓度为50ppm的甲醛响应灵敏度为18.4-20.8。
本发明方法中，Co前驱体置于Co盐溶液中可增加纳米材料的孔隙率，所得的纳米材料具有较大的比表面积，用于气体检测可增加气体选择性；亦可用于催化材料、锂离子电池和超级电容器等领域，并且本发明制备方法简单，工艺条件容易实现。
附图说明
图1为实施例3制备的纳米材料对不同气体的响应灵敏度。
具体实施方式
实施例1
一种四氧化三钴纳米材料，，首先制备Co前驱体材料，然后将前驱体材料均匀分散于Co盐溶液中，利用冷冻干燥技术将溶剂挥发完毕后，置于空气氛围中热处理得到Co3O4纳米材料，按如下步骤制备：
步骤一：将1mmol的乙酸钴和0.3mmol的2,5-二羟基对苯二甲酸溶于50mL的四氢呋喃和二甲基甲酰胺中，四氢呋喃和二甲基甲酰胺体积比为0.5：1，将该溶液转移至反应釜中，100℃反应1h，冷却至室温后，将产生的沉淀用DMF和四氢呋喃和乙醇各洗涤3次，60℃干燥10h，得到样品A；
步骤二：取3mmol的四水合乙酸钴和15mmol的六亚甲基四胺溶于30mL去离子水和乙醇混合液中，去离子水和乙醇的体积比为1：1，得到溶液B；
步骤三：按乙酸钴和十二烷基硫酸钠摩尔比1：1取十二烷基硫酸钠溶于30mL去离子水中，然后取0.8mmol的3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵，搅拌至完全溶解，得到溶液C；
步骤四：将溶液B和溶液C搅拌混合均匀得混合溶液，取0.05g的样品A置于混合溶液中，搅拌均匀后，然后于-80℃冷冻干燥，干燥好的样品置于马弗炉中热处理，热处理温度为500℃，升温速度为2℃/min，热处理环境为空气氛围，得到Co3O4纳米材料。
本实施例合成的Co3O4纳米材料对甲醛最佳响应温度为150℃，对浓度为50ppm的甲醛响应灵敏度为18.7。
实施例2
一种四氧化三钴纳米材料，与实施例1近似，按如下步骤制备：
步骤一：将1mmol的乙酸钴和0.5mmol的2,5-二羟基对苯二甲酸溶于50mL的四氢呋喃和二甲基甲酰胺中，四氢呋喃和二甲基甲酰胺体积比为1：1，将该溶液转移至反应釜中，80℃反应2h，冷却至室温后，将产生的沉淀用DMF和四氢呋喃和乙醇各洗涤3次，60℃干燥10h，得到样品A；
步骤二：取5mmol的四水合乙酸钴和20mmol的六亚甲基四胺溶于30mL去离子水和乙醇混合液中，去离子水和乙醇的体积比为1：2，得到溶液B；
步骤三：按乙酸钴和十二烷基硫酸钠摩尔比1：2取十二烷基硫酸钠溶于30mL去离子水中，然后取1mmol的3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵，搅拌至完全溶解，得到溶液C；
步骤四：将溶液B和溶液C搅拌混合均匀得混合溶液，取0.05g的样品A置于混合溶液中，搅拌均匀后，然后于-80℃冷冻干燥，干燥好的样品置于马弗炉中热处理，热处理温度为550℃，升温速度为3℃/min，热处理环境为空气氛围，得到Co3O4纳米材料。
本实施例合成的Co3O4纳米材料对甲醛最佳响应温度为150℃，对浓度为50ppm的甲醛响应灵敏度为17.4。
实施例3
一种四氧化三钴纳米材料，与实施例1近似，按如下步骤制备：
步骤一：将1mmol的乙酸钴和0.4mmol的2,5-二羟基对苯二甲酸溶于50mL的四氢呋喃和二甲基甲酰胺中，四氢呋喃和二甲基甲酰胺体积比为0.8：1，将该溶液转移至反应釜中，90℃反应2h，冷却至室温后，将产生的沉淀用DMF和四氢呋喃和乙醇各洗涤3次，60℃干燥10h，得到样品A；
步骤二：取4mmol的四水合乙酸钴和18mmol的六亚甲基四胺溶于30mL去离子水和乙醇混合液中，去离子水和乙醇的体积比为1：1.5，得到溶液B；
步骤三：按乙酸钴和十二烷基硫酸钠摩尔比1：1.5取十二烷基硫酸钠溶于30mL去离子水中，然后取0.9mmol的3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵，搅拌至完全溶解，得到溶液C；
步骤四：将溶液B和溶液C搅拌混合均匀得混合溶液，取0.05g的样品A置于混合溶液中，搅拌均匀后，然后于-80℃冷冻干燥，干燥好的样品置于马弗炉中热处理，热处理温度为550℃，升温速度为2℃/min，热处理环境为空气氛围，得到Co3O4纳米材料。
本实施例合成的Co3O4纳米材料对甲醛最佳响应温度为150℃，对浓度为50ppm的甲醛响应灵敏度为20.8。
图1为本实施例所得样品在工作温度为150℃时对浓度为50ppm的不同气体的灵敏度，结果表明，本发明制备的样品在特定温度下对甲醛具有非常好的选择性。
上述的实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，对于本发明做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种四氧化三钴纳米材料的制备方法，其特征在于，首先制备Co前驱体材料，然后将前驱体材料均匀分散于Co盐溶液中，利用冷冻干燥技术将溶剂挥发完毕后，置于空气氛围中热处理得到Co3O4纳米材料，包括如下步骤：
步骤一：将1mmol的乙酸钴和0.3～0.5mmol的2,5-二羟基对苯二甲酸溶于50mL的四氢呋喃和二甲基甲酰胺中，四氢呋喃和二甲基甲酰胺体积比为（0.5～1）：1，将该溶液转移至反应釜中，80～100℃反应1～2h，冷却至室温后，将产生的沉淀用DMF和四氢呋喃和乙醇各洗涤3次，60℃干燥10h，得到样品A；
步骤二：取3～5mmol的四水合乙酸钴和15～20mmol的六亚甲基四胺溶于30mL去离子水和乙醇混合液中，去离子水和乙醇的体积比为1：1～2，得到溶液B；
步骤三：按乙酸钴和十二烷基硫酸钠摩尔比1：（1～2）取十二烷基硫酸钠溶于30mL去离子水中，然后取0.8～1mmol的3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵，搅拌至完全溶解，得到溶液C；
步骤四：将溶液B和溶液C搅拌混合均匀得混合溶液，取0.05g的样品A置于混合溶液中，搅拌均匀后，然后于-80℃冷冻干燥，干燥好的样品置于马弗炉中热处理，得到Co3O4纳米材料。
2.根据权利要求1所述四氧化三钴纳米材料的制备方法，其特征在于：步骤四所述的热处理温度为500～550℃，升温速度为2～4℃/min，热处理环境为空气氛围。
3.一种四氧化三钴纳米材料，其特征在于根据权利要求1-2任一所述的方法制备得到。
4.根据权利要求1所述四氧化三钴纳米材料在甲醛气体检测中的应用。
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