一種由納米顆粒組成的花狀四氧化三鈷材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于無機材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種由納米顆粒組成的花狀四氧化三鈷材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]四氧化三鈷屬于立方晶系，單位晶胞中含有8個四氧化三鈷分子，32個氧原子形成面心立方結(jié)構(gòu)，Co2+占據(jù)8個四面體位置，Co3+占據(jù)16個八面體位置，屬于正尖晶石結(jié)構(gòu)。它的直接禁帶寬度~ 2.10 eV，間接禁帶寬度~ 2.10 eV，它是一種典型的磁性p型半導體。在傳感器、鋰離子電池、超級電容器、催化等領(lǐng)域有著廣闊的應用，成為一種最有前景的過渡金屬氧化物。
[0003]目前，已經(jīng)有很多方法來制備各種形貌的四氧化三鈷材料，CN 201110319712.6公開了一種利用微乳液法制備花狀四氧化三鈷微球的方法，所制備的四氧化三鈷微球具有較好的電化學行為，用于可充鋰離子電池的負極；CN 201110319837.9公開了一種四氧化三鈷菊花狀材料及其制備方法和應用，其制備方法新穎，制備的樣品具有較好的電化學性能；CN 201110087613.X公開了一種制備多孔片狀四氧化三鈷微球的方法，制得的多孔片狀四氧化三鈷微球純度高，形貌均勻。但是，上述的方法制備存在合成過程復雜、成本高，而且得到的四氧化三鈷材料容易發(fā)生團聚、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性差等問題，很大程度上限制了材料的應用。因此，研發(fā)一種新的合成過程簡單，純度高且均勻分散的四氧化三鈷材料，具有十分重要的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種方法簡便、形貌可控，純度高，分散性好，尺寸分布均勻的由納米顆粒組成的花狀四氧化三鈷材料及其制備方法，本發(fā)明利用水熱法制備出了微納米花狀結(jié)構(gòu)，具有十分重要的潛在應用價值。
[0005]本發(fā)明為了實現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)方案為:
本發(fā)明提供了一種由納米顆粒組成的花狀四氧化三鈷材料，所述四氧化三鈷材料呈花狀結(jié)構(gòu)，花瓣由四氧化三鈷納米顆粒組成，納米顆粒的尺寸為5 ~ 100 nm，花狀四氧化三鈷材料的直徑為10 ~ 27 um。
[0006]本發(fā)明還提供了一種花狀四氧化三鈷材料的制備方法，包括以下步驟:
(1)將鈷鹽、鈉鹽和六次甲基四胺，加入到去離子水和無水乙醇的混合溶液中，攪拌至形成均勻的溶液；
(2)將步驟(I)中得到的混合溶液移入內(nèi)襯為聚四氟乙烯的高壓反應釜中進行水熱反應，反應結(jié)束后得反應液；
(3)將步驟(2)制備的反應液離心、洗滌、干燥得到的粉末為前軀體；
(4)將步驟(3)得到的粉末前驅(qū)體以I~ 10。C/min的升溫速率升至400。C，保溫進行熱處理，即得到一種由納米顆粒組成的花狀四氧化三鈷。
[0007]進一步的，步驟(I)中，所述鈷鹽為硝酸鈷、三氯化鈷或硫酸鈷；所述鈉鹽為硝酸鈉。
[0008]進一步的，步驟(I)中，所述去離子水和無水乙醇的體積比為9:1。
[0009]進一步的，步驟(I)中，所述硝酸鈉在混合溶液中的濃度為0.01 ~ 0.5 mol/Lo
[0010]進一步的，步驟(I)中，所述鈉鹽與鈷鹽的摩爾比為1: 0.2 ~ 3.45。
[0011]進一步的，步驟(I)中，所述鈉鹽與六次甲基四胺的摩爾比為1: 0.6 ~ 9.7ο
[0012]進一步的，步驟(2)中，所述水熱反應的溫度為80 ~ 110。C，水熱反應時間為I
?5 h ο
[0013]進一步的，步驟(4)中，熱處理的時間為1.5?5 h。
[0014]本發(fā)明制備合成的花狀四氧化三鈷，結(jié)構(gòu)為由很多的納米四氧化三鈷顆粒組成的片自組裝而成，其分散性好，形貌規(guī)則。
[0015]本發(fā)明的優(yōu)點及有益效果為:
本發(fā)明采用水熱法制備的花狀四氧化三鈷，其具體結(jié)構(gòu)有別于其它的菊花狀、微米花狀等。本發(fā)明的合成方法簡單，尺寸和形貌可控，分散性好，產(chǎn)率高，獲得的產(chǎn)品純度高。
【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明實施例1合成的花狀四氧化三鈷的X射線衍射(XRD)圖譜。
[0017]圖2為本發(fā)明實施例1合成的花狀四氧化三鈷的掃描電鏡(SEM)照片。
[0018]圖3為本發(fā)明實施例2合成的花狀四氧化三鈷的掃描電鏡(SEM)照片。
[0019]圖4為本發(fā)明實施例4合成的花狀四氧化三鈷的掃描電鏡(SEM)照片。
[0020]圖5為本發(fā)明實施例6合成的花狀四氧化三鈷的掃描電鏡(SEM)照片。
[0021]圖6為本發(fā)明實施例8合成的花狀四氧化三鈷的掃描電鏡(SEM)照片。
[0022]圖7為本發(fā)明實施例10合成的花狀四氧化三鈷的掃描電鏡(SEM)照片。
[0023]圖8為本發(fā)明對比例I合成的花狀四氧化三鈷的掃描電鏡(SEM)照片。
[0024]圖9為本發(fā)明對比例2合成的花狀四氧化三鈷的掃描電鏡(SEM)照片。
[0025]圖10為本發(fā)明對比例3合成的花狀四氧化三鈷的掃描電鏡(SEM)照片。
【具體實施方式】
[0026]下面通過實施例對本發(fā)明進行進一步的闡述，應該明白的是，下述說明僅是為了解釋本發(fā)明，并不對其內(nèi)容進行限定。
[0027]實施例1
1.1稱取0.85 g硝酸鈉和0.80 g六次甲基四胺，加入到45 mL去離子水與5 mL無水乙醇的混合溶液中，攪拌至溶液混合均勻；
1.2向1.1中的混合溶液中加入0.58 g六水合硝酸鈷，攪拌至鈷源完全溶解；
1.3將1.2中得到的混合溶液移入內(nèi)襯為聚四氟乙烯的高壓反應釜中進行水熱反應，控制水熱反應溫度為110 ° C，時間為3 h，得到反應液；
1.4將1.3中得到的反應液離心、洗滌、干燥得到的粉末為前軀體；
1.5將1.4中得到的粉末前驅(qū)體在按5。C/min升溫速率升至400。C，保溫3 h進行煅燒，自然冷卻至室溫，即得到一種由納米顆粒組成的花狀四氧化三鈷材料。
[0028]圖1是得到的樣品的X射線衍射圖譜，從圖中可以看出，所得材料為純的四氧化三鈷。圖2是樣品的掃描電鏡照片，從圖2中可以看出所制備的四氧化三鈷材料呈花狀結(jié)構(gòu)，其花瓣是由許多納米顆粒組成，納米顆粒的尺寸為5 ~ 100 nm，花狀四氧化三鈷的直徑在13 ?20 um0
[0029]實施例2
2.1稱取0.425 g硝酸鈉和0.80 g六次甲基四胺，加入到45 mL去離子水與5 mL無水乙醇的混合溶液中，攪拌至溶液混合均勻；
2.2向2.1中的混合溶液中加入0.58 g六水合硝酸鈷，攪拌至鈷源完全溶解；
2.3將2.2中得到的混合溶液移入內(nèi)襯為聚四氟乙烯的高壓反應釜中進行水熱反應，控制水熱反應溫度為110 ° C，時間為3 h，得到反應液；
2.4將2.3中得到的反應液離心、洗滌、干燥得到的粉末為前軀體；
2.5將2.4中得到的粉末前驅(qū)體在按5。C/min升溫速率升至400。C，保溫3 h進行煅燒，自然冷卻至室溫，即得到一種由納米顆粒組成花狀的四氧化三鈷材料。
[0030]所得四氧化三鈷材料的形貌如圖3所示，從圖3中可以看出所制備的四氧化三鈷材料呈現(xiàn)花狀結(jié)構(gòu)，其花瓣是由許多納米顆粒組成，納米顆粒的尺寸為5 ~ 100 nm，花狀四氧化三鈷的直徑在13 ~ 17 um。
[0031]實施例3
3.1稱取0.05 g硝酸鈉和0.80 g六次甲基四胺，加入到45 mL去離子水與5 mL無水乙醇的混合溶液中，攪拌至溶液混合均勻；
3.2向3.1中的混合溶液中加入0.58 g硫酸鈷，攪拌至鈷源完全溶解；
3.3將3.2中得到的混合溶液移入內(nèi)襯為聚四氟乙烯的高壓反應釜中進行水熱反應，控制水熱反應溫度為110 ° C，時間為3 h，得到反應液；
3.4將3.3中得到的反應液離心、洗滌、干燥得到的粉末為前軀體；
3.5將3.4中得到的粉末前驅(qū)體在按5。C/min升溫速率升至400。C，保溫3 h進行煅燒，自然冷卻至室溫，即得到一種由納米顆粒組成的花狀的四氧化三鈷材料。
[0032]所得四氧化三鈷材料的形貌呈現(xiàn)花狀結(jié)構(gòu)，其花瓣是由許多納米顆粒組成，納米顆粒的尺寸為5 ~ 100 nm，花狀四氧化三鈷的直徑在10 ~ 16 um。
[0033]實施例4
4.1稱取0.85 g硝酸鈉和0.80 g六次甲基四胺，加入到45 mL去離子水與5 mL無水乙醇的混合溶液中，攪拌至溶液混合均勻；
4.2向4.1中的混合溶液中加入0.58 g六水合硝酸鈷，攪拌至鈷源完全溶解；
4.3將4.2中得到的混合溶液移入內(nèi)襯為聚四氟乙烯的高壓反應釜中進行水熱反應，控制水熱反應溫度為80 ° C，時間為3 h，得到反應液；
4.4將4.3中得到的反應液離心、洗滌、干燥得到的粉末為前軀體；
4.5將4.4中得到的粉末前驅(qū)體在按5。C/min升溫速率升至400。C，保溫5 h進行煅燒，自然冷卻至室溫，即得到一種由納米顆粒組成的花狀的四氧化三鈷材料。
[0034]所得四氧化三鈷材料的形貌如圖4所示，從圖4中可以看出所制備的四氧化三鈷材料呈現(xiàn)花狀結(jié)構(gòu)，其花瓣是由許多納米顆粒組成，納米顆粒的尺寸為5 ~ 100 nm，花狀四氧化三鈷的的直徑在12 ~ 17 um。
[0035]實施例5
5.1稱取0.85 g硝酸鈉和0.80 g六次甲基四胺，加入到45 mL去離子水與5 mL無水乙醇的混合溶液中，攪拌至溶液混合均勻；
5.2向5.1中的混合溶液中加入0.58 g六