專利名稱：水溶性四氧化三鈷納米晶體的控溫控壓微波合成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種水溶性四氧化三鈷納米晶體的控溫控壓微波合成方法，以鈷鹽為原料，利用控溫、控壓微波合成技術(shù)制備四氧化三鈷磁性納米晶體，屬于納米材料制備技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
Co3O4廣泛應(yīng)用于催化劑、顏料、磁性、電極和儲(chǔ)能材料。當(dāng)其粒徑達(dá)納米級(jí)時(shí)，由于尺度量子效應(yīng)和介電限域效應(yīng)使它們表現(xiàn)出一系列特殊磁性質(zhì)和光學(xué)性質(zhì)，巨大比表面積使其在催化劑的應(yīng)用中具有顯著的優(yōu)越性。
Co3O4的合成常用固相反應(yīng)法和水相合成法。固相反應(yīng)法一般通過(guò)加熱分解鈷的氫氧化鈷前體或者在高溫下氣相沉積鈷的金屬有機(jī)物。這種方法常常產(chǎn)生燒結(jié)和納米粒子團(tuán)聚。水相合成法是一種最古老的合成金屬氧化物的方法，通常利用金屬離子在堿性條件水解沉淀所得，鈷離子水解一般生成氫氧化鈷，在較低溫度氫氧化鈷轉(zhuǎn)化生成四氧化鈷產(chǎn)率較低，而且反應(yīng)時(shí)間很長(zhǎng)。H.C.Zeng等人(Chem.Mater.，2003，15，2829)發(fā)現(xiàn)在水相合成體系中加入大量硝酸鈉可以在95℃生成均勻20-40nm的立方狀Co3O4。此法仍然沒(méi)有解決水相合成法反應(yīng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)的缺點(diǎn)。水熱法一般利用高壓反應(yīng)釜提高水相合成的反應(yīng)溫度(＞100℃)，使鈷離子強(qiáng)迫水解，生成的Co3O4納米粒子雖然結(jié)晶性能較好，但納米粒子粒徑一般為一百到幾百納米，且尺寸分布非常不均勻。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)目前固相反應(yīng)法和水相合成方法的缺陷，提供一種水溶性四氧化三鈷納米晶體的控溫控壓微波合成方法，水相中合成高質(zhì)量四氧化三鈷磁性納米晶體，具有合成速度快、產(chǎn)物水溶性好、結(jié)晶度高的優(yōu)點(diǎn)。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明以水為溶劑，將鈷鹽溶于水，加入巰基化合物作為穩(wěn)定劑，調(diào)節(jié)溶液pH值制得堿性反應(yīng)前體溶液，然后將此前體溶液置于密閉的聚四氟乙烯罐中，在可控溫和可控壓的微波反應(yīng)器中反應(yīng)，迅速合成高質(zhì)量(水溶，尺寸均一)四氧化三鈷磁性納米晶體，其粒徑分布在10％-20％。
本發(fā)明的方法具體包括如下步驟1、反應(yīng)前體溶液制備將鈷鹽溶于水中，鈷濃度控制在0.001-1摩爾/升。加入水溶性的巰基化合物作為穩(wěn)定劑，控制鈷離子與水溶性的巰基化合物的摩爾比為1∶10至1∶1。調(diào)節(jié)溶液pH值至5-12，得到前體溶液。
2、微波合成四氧化三鈷納米晶體將上述前體溶液置于密閉的聚四氟乙烯罐中，在可控溫和可控壓的微波反應(yīng)器中反應(yīng)，生成四氧化三鈷納米晶體。微波加熱條件為微波振蕩頻率300MHZ～3000MHZ，微波功率50W～1000W，加熱時(shí)間1分鐘～10小時(shí)，加熱溫度50～250攝氏度。
本發(fā)明所述的鈷鹽包括硝酸鈷、高氯酸鈷、氯酸鈷、醋酸鈷、硫酸鈷、碘酸鈷、氯化鈷、碘化鈷、溴化鈷；所述水溶性的巰基化合物包括巰基乙酸、巰基丙酸、巰基丁酸、巰基乙酸鹽、巰基丙酸鹽、巰基丁酸鹽、半胱氨酸、胱氨酸、硫代甘油、巰基乙醇、巰基丙醇、2，3-二巰基-1-丙醇、1，2-二巰基丙酸。
本發(fā)明的方法操作簡(jiǎn)單，條件溫和，成本低，合成速度快，合成產(chǎn)物四氧化三鈷納米晶體具有水溶性和穩(wěn)定性好，尺度分布均一，大小可調(diào)，結(jié)晶度高等特點(diǎn)。
具體實(shí)施例方式
以下通過(guò)幾個(gè)具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步描述。以下實(shí)施例不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限定。
實(shí)施例11、反應(yīng)前體溶液制備以水為溶劑，將濃度為0.1摩爾/升的硝酸鈷溶液與巰基丙酸混合，鈷離子與巰基丙酸的摩爾比為1∶5，用氫氧化鈉調(diào)節(jié)溶液的pH值至12。
2、微波合成四氧化三鈷納米晶體將上述前體溶液置于密閉的聚四氟乙烯罐中，在可控溫和可控壓的微波反應(yīng)器中反應(yīng)，生成四氧化三鈷納米晶體。
微波加熱條件為
微波振蕩頻率2450MHZ微波功率400W，加熱時(shí)間4小時(shí)加熱溫度140攝氏度。
實(shí)施例21、反應(yīng)前體溶液制備配置0.04摩爾/升硫酸鈷水溶液，加入巰基乙醇作為穩(wěn)定劑，鈷離子與巰基乙醇摩爾比控制在1∶2。用氫氧化鈉調(diào)節(jié)溶液pH值至8。
2、微波合成四氧化三鈷納米晶體將上述前體溶液置于密閉的聚四氟乙烯罐中，在可控溫和可控壓的微波反應(yīng)器中反應(yīng)，生成四氧化三鈷納米晶體。
微波加熱條件為微波振蕩頻率2450MHZ微波功率600W加熱時(shí)間30分鐘，加熱溫度160攝氏度。
實(shí)施例31、反應(yīng)前體溶液制備配置0.04摩爾/升氯化鈷水溶液，加入巰基乙醇作為穩(wěn)定劑，鈷離子與巰基乙醇摩爾比控制在1∶3，調(diào)節(jié)溶液pH值至10。
2、微波合成四氧化三鈷納米晶體將上述前體溶液置于密閉的聚四氟乙烯罐中，在可控溫和可控壓的微波反應(yīng)器中反應(yīng)，生成四氧化三鈷納米晶體。
微波加熱條件為微波振蕩頻率2450MHZ微波功率100W加熱時(shí)間2小時(shí)加熱溫度200攝氏度。
權(quán)利要求
1.一種水溶性四氧化三鈷納米晶體的控溫控壓微波合成方法，其特征在于包括如下步驟1)反應(yīng)前體溶液制備將鈷鹽溶于水中，鈷濃度控制在0.001-1摩爾/升，加入水溶性的巰基化合物作為穩(wěn)定劑，控制鈷離子與水溶性的巰基化合物的摩爾比為1∶10至1∶1，調(diào)節(jié)溶液pH值至5-12，得到前體溶液；2)微波合成四氧化三鈷納米晶體將上述前體溶液置于密閉的聚四氟乙烯罐中，在可控溫和可控壓的微波反應(yīng)器中反應(yīng)，生成四氧化三鈷納米晶體；其中，微波加熱條件為微波振蕩頻率300MHZ～3000MHZ，微波功率50W～1000W，加熱時(shí)間1分鐘～10小時(shí)，加熱溫度50～250攝氏度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的水溶性四氧化三鈷納米晶體的控溫控壓微波合成方法，其特征在于所述的鈷鹽為硝酸鈷、高氯酸鈷、氯酸鈷、醋酸鈷、硫酸鈷、碘酸鈷、氯化鈷、碘化鈷或溴化鈷；所述水溶性的巰基化合物為巰基乙酸、巰基丙酸、巰基丁酸、巰基乙酸鹽、巰基丙酸鹽、巰基丁酸鹽、半胱氨酸、胱氨酸、硫代甘油、巰基乙醇、巰基丙醇、2，3-二巰基-1-丙醇或1，2-二巰基丙酸。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種水溶性四氧化三鈷納米晶體的控溫控壓微波合成方法，以水為溶劑，將鈷鹽溶于水，加入水溶性的巰基化合物作為穩(wěn)定劑，控制鈷離子與水溶性的巰基化合物的摩爾比為1∶10至1∶1，調(diào)節(jié)溶液pH值至5－12，得到前體溶液。然后將此前體溶液置于密閉的聚四氟乙烯罐中，在可控溫和可控壓的微波反應(yīng)器中反應(yīng)，迅速合成四氧化三鈷納米晶體。本發(fā)明方法操作簡(jiǎn)單，條件溫和，成本低，合成產(chǎn)物四氧化三鈷納米晶體具有水溶性好，尺度分布均一，大小可調(diào)，結(jié)晶度高等特點(diǎn)。
文檔編號(hào)C01G51/04GK1837066SQ20061002566
公開(kāi)日2006年9月27日 申請(qǐng)日期2006年4月13日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月13日
發(fā)明者任吉存, 李良 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)