CN111153442A - 一种层状扇形结构掺锰一氧化钴材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种层状扇形结构掺锰一氧化钴材料及其制备方法，涉及一种掺锰一氧化钴材料及其制备方法。本发明是为解决目前一氧化钴形貌多为球形、特殊形貌较少的技术问题。本发明的层状扇形结构掺锰一氧化钴材料为层状堆叠的扇形结构。本发明的层状扇形结构掺锰一氧化钴材料的制备方法：一、按比例称量、混合原料；二、溶剂热反应；三、离心分离、洗涤、真空干燥；四、焙烧。本发明的优点在于：本发明采用的溶剂热法操作简单、成本低廉，并且产物纯度高、晶型好，且可控，重现性好。本发明所制得的掺锰一氧化钴材料为片状堆叠形成的层状扇形结构，其层与层之间的间隙有效地提高了材料的比表面积，从而增加了材料的活性位点，因此有助于提高材料的储能性能。

Description

一种层状扇形结构掺锰一氧化钴材料及其制备方法
技术领域
本发明属于氧化钴材料技术领域，特别涉及一种层状扇形结构掺锰一氧化钴材料及其制备方法。
背景技术
钴的化合物材料一直是电化学领域的研究热点，在众多的钴的化合物中，一氧化钴的价值似乎被研究者低估。我们通过溶剂热法制备出了具有特殊形貌的层状扇形掺锰一氧化钴的复合材料。这种形貌的一氧化钴是第一次被制备出来，所述的层状扇形掺锰一氧化钴的复合材料既克服了一氧化钴形貌单一、储电性能低的特点，同时层状扇形结构具有更多可能的层层间隙，方便于应用到各种电化学元器件中。
钴的氧化物是一种重要的磁性p型半导体，是一种重要的功能化材料，主要应用于催化、电化学、气体传感器、锂离子电池等方面。掺锰一氧化钴的尺寸达到纳米范围时在过渡金属领域和纳米技术领域都有广泛的应用。因此，制备不同形貌的纳米尺寸的一氧化钴将其与其他性能优异的材料进行复合也是目前诸多研究者研究的热点。2013年， Zhao等利用溶剂热-热分解法制备了CoO/graphene纳米复合材料，结果表明负载之后材料的电化学性能有了明显的提高。
发明内容
本发明提供一种层状扇形结构掺锰一氧化钴材料及其制备方法，以解决现有技术中一氧化钴形貌多为球形、特殊形貌较少的问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种层状扇形结构掺锰一氧化钴材料，所述掺锰一氧化钴材料具有层状扇形结构，所述层状扇形结构由扇形层状纳米片堆叠而成，直径为5～10μm，相邻的扇形层状纳米片之间的间距为30～100nm。
一种层状扇形结构掺锰一氧化钴材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、分别制备浓度为0.5mol/L的醋酸钴溶液、浓度为1mol/L的醋酸锰溶液，物质的量比7:1～2:1取醋酸钴溶液和醋酸锰溶液混合，再加入尿素0.1～0.3g，再加入分散剂2～10ml，得到混合溶液；
S2、将步骤S1的混合溶液密封在水热反应釜中，在150℃的条件下进行溶剂热反应12h，自然冷却至室温；
S3、将步骤S2中得到的混合溶液进行离心分离，取沉淀清洗、干燥得到红褐色的掺锰一氧化钴前驱体；
S4、将步骤S3中得到的红褐色掺锰一氧化钴前驱体退火，得到灰色的层状扇形结构的掺锰一氧化钴。
进一步的，所述步骤S1中，分散剂为无水乙醇。
进一步的，所述步骤S2中，得到的沉淀依次用无水乙醇和去离子水清洗，清洗次数为3次，清洗后，将沉淀在80℃真空条件下干燥6～8h。
进一步的，所述步骤S3中，将红褐色掺锰一氧化钴前驱体在温度为350℃的氮气环境中退火2～3h。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明采用的溶剂热法操作简单、成本低廉，并且产物纯度高、晶型好，且可控，重现性好。
本发明所制得的掺锰一氧化钴材料为片状堆叠形成的扇形结构，其层与层之间的间隙有效地提高了材料的比表面积，从而增加了材料的活性位点，因此有助于提高材料的性能。
附图说明
图1为层状扇形掺锰一氧化钴复合材料的SEM图；
图2为图1的局部放大图；
图3为层状扇形掺锰一氧化钴复合材料的XRD衍射图；
图4为层状扇形掺锰一氧化钴复合材料的XPS全谱图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作更进一步的说明。
实施例1
一种层状扇形结构掺锰一氧化钴材料，所述掺锰一氧化钴材料具有层状扇形结构，所述层状扇形结构由扇形层状纳米片堆叠而成，直径为5～10μm，相邻的扇形层状纳米片之间的间距为30～100nm。
实施例2
一种层状扇形结构掺锰一氧化钴材料的制备方法，包括以下步骤：
一、分别制备醋酸锰溶液、醋酸钴溶液，按物质的量比为1:2取适量混合，再加入尿素，尿素的量与醋酸钴的量比为0.1g：1m mol，与混合溶液的体积比是0.1g：6ml，再加入无水乙醇作为分散剂，无水乙醇体积与混合溶液体积比为1:6。
二、将步骤一的混合溶液密封在水热反应釜中，在150℃的条件下进行溶剂热反应12h,自然冷却至室温。
三、将步骤二中的反应产物进行离心分离，用无水乙醇以及去离子水分别交叉洗涤 3遍，然后将其在80℃真空条件下干燥6～8h，得到红褐色的Mn-Co前驱体，即为层状扇形结构掺锰一氧化钴材料。
四、将步骤三中的到的红褐色Mn-Co前驱体在温度为350℃的流通氮气环境中焙烧2～3h，得到层次更清晰、层与层间距更大的层状扇形结构掺锰一氧化钴材料。
如图1可以看出形貌是扇形结构；
如图2可以看出扇形结构的样品的局部放大图；
如图3可以看出CoO的XRD衍射图，与标准卡片(JCPDS 431004)一致；
如图4可以看出CoO的XPS全谱，谱中能够观察到Mn Co O元素。
本发明步骤中必须严格控制反应物的量比例，反应物浓度偏差过大，产物不易成型。
本发明步骤中必须严格控制反应温度，反应温度过低，结构外貌不理想。
本发明步骤中必须严格控制反应时间，反应时间过长，结构不均匀。
实施例3
一种层状扇形结构掺锰一氧化钴材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、分别制备浓度为0.5mol/L的醋酸钴溶液、浓度为1mol/L的醋酸锰溶液，物质的量比7:1取醋酸钴溶液和醋酸锰溶液混合，再加入尿素0.1g，再加入分散剂无水乙醇 2ml，得到混合溶液；
S2、将步骤S1的混合溶液密封在水热反应釜中，在150℃的条件下进行溶剂热反应12h，自然冷却至室温；
S3、将步骤S2中得到的混合溶液进行离心分离，得到的沉淀依次用无水乙醇和去离子水清洗，清洗次数为3次，清洗后，将沉淀在80℃真空条件下干燥6h，得到红褐色的掺锰一氧化钴前驱体；
S4、将步骤S3中得到的红褐色掺锰一氧化钴前驱体在温度为350℃的氮气环境中退火2h，得到灰色的层状扇形结构的掺锰一氧化钴。
实施例4
一种层状扇形结构掺锰一氧化钴材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、分别制备浓度为0.5mol/L的醋酸钴溶液、浓度为1mol/L的醋酸锰溶液，物质的量比2:1取醋酸钴溶液和醋酸锰溶液混合，再加入尿素0.3g，再加入分散剂无水乙醇 10ml，得到混合溶液；
S2、将步骤S1的混合溶液密封在水热反应釜中，在150℃的条件下进行溶剂热反应12h，自然冷却至室温；
S3、将步骤S2中得到的混合溶液进行离心分离，得到的沉淀依次用无水乙醇和去离子水清洗，清洗次数为3次，清洗后，将沉淀在80℃真空条件下干燥8h，得到红褐色的掺锰一氧化钴前驱体；
S4、将步骤S3中得到的红褐色掺锰一氧化钴前驱体在温度为350℃的氮气环境中退火3h，得到灰色的层状扇形结构的掺锰一氧化钴。
实施例5
一种层状扇形结构掺锰一氧化钴材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、分别制备浓度为0.5mol/L的醋酸钴溶液、浓度为1mol/L的醋酸锰溶液，物质的量比5：1取醋酸钴溶液和醋酸锰溶液混合，再加入尿素0.2g，再加入分散剂无水乙醇6ml，得到混合溶液；
S2、将步骤S1的混合溶液密封在水热反应釜中，在150℃的条件下进行溶剂热反应12h，自然冷却至室温；
S3、将步骤S2中得到的混合溶液进行离心分离，得到的沉淀依次用无水乙醇和去离子水清洗，清洗次数为3次，清洗后，将沉淀在80℃真空条件下干燥7h，得到红褐色的掺锰一氧化钴前驱体；
S4、将步骤S3中得到的红褐色掺锰一氧化钴前驱体在温度为350℃的氮气环境中退火2.5h，得到灰色的层状扇形结构的掺锰一氧化钴。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种层状扇形结构掺锰一氧化钴材料，其特征在于，所述掺锰一氧化钴材料具有层状扇形结构，所述层状扇形结构由扇形层状纳米片堆叠而成，直径为5~10 μm，相邻的扇形层状纳米片之间的间距为30 ~ 100 nm。
2.根据权利要求1所述的层状扇形结构掺锰一氧化钴材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、分别制备浓度为0.5 mol/L的醋酸钴溶液、浓度为1 mol/L的醋酸锰溶液，按物质的量比7:1 ~ 2:1取醋酸钴溶液和醋酸锰溶液混合，再加入尿素 0.1 ~ 0.3 g，再加入分散剂2 ~ 10 ml，得到混合溶液；
S2、将步骤S1的混合溶液密封在水热反应釜中，在150℃的条件下进行溶剂热反应12h，自然冷却至室温；
S3、将步骤S2中得到的混合溶液进行离心分离，取沉淀清洗、干燥得到红褐色的掺锰一氧化钴前驱体；
S4、将步骤S3中得到的红褐色掺锰一氧化钴前驱体退火，得到灰色的层状扇形结构的掺锰一氧化钴。
3.根据权利要求2所述的层状扇形结构掺锰一氧化钴材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，分散剂为无水乙醇。
4.根据权利要求1所述的层状扇形结构掺锰一氧化钴材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中，得到的沉淀依次用无水乙醇和去离子水清洗，清洗次数为3次，清洗后，将沉淀在80 ℃真空条件下干燥6~8 h。
5.根据权利要求1所述的层状扇形结构掺锰一氧化钴材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中，将红褐色掺锰一氧化钴前驱体在温度为350℃的氮气环境中退火 2~3 h。
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