一種四氧化三鈷空心微米球的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種四氧化三鈷空心微米球的制備方法，屬于無機(jī)非金屬材料制備領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]四氧化三鈷(Co3O4)，屬立方晶系，一般呈黑(灰)色粉末，具有AB2O4尖晶石結(jié)構(gòu)，是一種磁性材料、P-型半導(dǎo)體。由于四氧化三鈷自身在磁性、擴(kuò)散率、電導(dǎo)率、化學(xué)活性、催化以及物理化學(xué)等方面的特殊性能，從而在磁性材料、壓敏陶瓷、傳感器、超級電容器、鋰離子電池和催化材料等方面均具有非常廣泛的應(yīng)用，已經(jīng)成為國內(nèi)外科研工作者廣泛關(guān)注的研究熱點(diǎn)。
[0003]眾所周知，晶型、形貌、比表面積和結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性等因素對材料的性能可以產(chǎn)生重要的影響。因此，具有不同形貌的四氧化三鈷，如片狀、管狀、花狀等，均有相應(yīng)地最佳應(yīng)用領(lǐng)域。作為特殊形貌之一的空心球結(jié)構(gòu)，使得材料相對于其塊體結(jié)構(gòu)而言，可以具有更大的比表面積、更小的密度等優(yōu)勢，其表面亦可提供更多的活性位，從而進(jìn)一步提升和優(yōu)化了材料的性能，隨之拓寬了其應(yīng)用領(lǐng)域范圍，如微型反應(yīng)器、藥物傳導(dǎo)和緩釋等。
[0004]本發(fā)明利用水熱法一步制備得到具有空心結(jié)構(gòu)的四氧化三鈷微米球，不需要對水熱法制備得到的產(chǎn)物進(jìn)行后期熱處理，方法和過程簡單，反應(yīng)條件溫和。相對于工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)中常用的鈷鹽直接熱分解法的600°C以上的反應(yīng)溫度、雜質(zhì)種類多且含量高等缺點(diǎn)來說，本發(fā)明涉及的一種四氧化三鈷空心微米球的制備方法具有明顯優(yōu)勢。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]1、本發(fā)明涉及到一種四氧化三鈷空心微米球的制備方法，其特征在于該方法中，利用水熱法一步制備得到具有空心結(jié)構(gòu)的四氧化三鈷微米球，且該方法操作簡單，反應(yīng)條件溫和且易控制，其制備過程包括如下步驟:
[0006](I)稱取適量的硫酸鈷(CoSO4.7H20)和硫酸鈉(NaSO4)，并分別加入去離子水，配置成具有一定濃度的溶液，然后將上述兩種溶液混合，并攪拌1min ;
[0007](2)在對上述溶液攪拌的過程中，加入適量的氨水(NH3.H2O, 25?28W/% )，并繼續(xù)攪拌1min ；
[0008](3)然后再向溶液中滴加一定量的雙氧水(H2O2,彡30ff/% )，并繼續(xù)攪拌1min ;
[0009](4)將上述溶液移至聚四氟乙烯內(nèi)襯中，并將其置于不銹鋼反應(yīng)釜中，并密封，擰緊，轉(zhuǎn)移到已升至反應(yīng)溫度的烘箱中，保持一定的反應(yīng)時(shí)間；
[0010](5)當(dāng)反應(yīng)結(jié)束后，將反應(yīng)釜自然冷卻至室溫，將樣品分別用去離子水和乙醇各洗滌3遍；
[0011](6)將樣品置于溫度為60°C的烘箱中下烘干3h，收集得到產(chǎn)物。
[0012]2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種四氧化三鈷空心微米球的制備方法，其特征在于步驟(I)中的硫酸鈷(CoSO4.7H20)的濃度為 0.20mol/L ?1.20mol/Lo
[0013]3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種四氧化三鈷空心微米球的制備方法，其特征在于步驟(I)中的硫酸鈉(NaSO4)的濃度為0.05mol/L?1.20mol/Lo
[0014]4、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種四氧化三鈷空心微米球的制備方法，其特征在于步驟⑴中的去離子水總用量為20mL?80mL。
[0015]5、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種四氧化三鈷空心微米球的制備方法，其特征在于步驟⑵中氨水的用量范圍為5mL?40mL。
[0016]6、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種四氧化三鈷空心微米球的制備方法，其特征在于步驟(3)中雙氧水的用量范圍2mL?20mL。
[0017]7、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種四氧化三鈷空心微米球的制備方法，其特征在于步驟(4)中烘箱的設(shè)定溫度為120°C?240°C。
[0018]8、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種四氧化三鈷空心微米球的制備方法，其特征在于步驟(4)中反應(yīng)時(shí)間為4h?24ho
【附圖說明】
[0019]圖1為四氧化三鈷空心微米球的掃描電鏡照片，放大倍數(shù)為40000倍。由圖可以明顯看出其空心結(jié)構(gòu)，其殼厚度約為300nm。
[0020]圖2為四氧化三鈷空心微米球的掃描電鏡照片，放大倍數(shù)為6000倍。
[0021]圖3為四氧化三鈷空心微米球的XRD譜圖。根據(jù)對譜圖的分析，可以確定空心微米球的成分組成為四氧化三鈷(PDF No:43-1003)，且沒有其他衍射峰的出現(xiàn)，表明沒有其他物質(zhì)存在。
【具體實(shí)施方式】
[0022]【具體實(shí)施方式】一:
[0023](I)稱取硫酸鈷(CoSO4.7H20) 1.4g和硫酸鈉(NaSO4) 0.36g，并分別加入1mL去離子水配置成溶液，然后將上述兩種溶液混合，并攪拌1min ;
[0024](2)在對上述溶液攪拌的過程中，加入1mL氨水(NH3.H2O)，并繼續(xù)攪拌1min ;
[0025](3)然后再向溶液中滴加2mL的雙氧水(H2O2)，并繼續(xù)攪拌1min ;
[0026](4)將上述均勻溶液移至聚四氟乙烯內(nèi)襯中，并將其置于不銹鋼反應(yīng)釜中，密封，擰緊，轉(zhuǎn)移到已升至反應(yīng)溫度為200°C的烘箱中，保持12h ;
[0027](5)當(dāng)反應(yīng)結(jié)束后，將反應(yīng)釜自然冷卻至室溫，將樣品分別用去離子水和乙醇各洗滌3遍；
[0028](6)將樣品置于溫度為60°C的烘箱中下烘干3h，收集得到產(chǎn)物。
[0029]【具體實(shí)施方式】二:
[0030](I)稱取硫酸鈷(CoSO4.7H20) 1.4g和硫酸鈉(NaSO4) 0.36g，并分別加入30mL去離子水配置成溶液，然后將上述兩種溶液混合，并攪拌1min ;
[0031 ] (2)在對上述溶液攪拌的過程中，加入1mL氨水(NH3.H2O)，并繼續(xù)攪拌1min ;
[0032](3)然后再向溶液中滴加2mL的雙氧水(H2O2)，并繼續(xù)攪拌1min ;
[0033](4)將上述均勻溶液移至聚四氟乙烯內(nèi)襯中，并將其置于不銹鋼反應(yīng)釜中，密封，擰緊，轉(zhuǎn)移到已升至反應(yīng)溫度為200°C的烘箱中，保持4h ;
[0034](5)當(dāng)反應(yīng)結(jié)束后，將反應(yīng)釜自然冷卻至室溫，將樣品分別用去離子水和乙醇各洗滌3遍；
[0035](6)將樣品置于溫度為60°C的烘箱中下烘干3h，收集得到產(chǎn)物。
[0036]【具體實(shí)施方式】三:
[0037](I)稱取硫酸鈷(CoSO4.7H20) 1.4g和硫酸鈉(NaSO4) 0.36g，并分別加入1mL去離子水配置成溶液，然后將上述兩種溶液混合，并攪拌1min ;