[发明专利]一种磁场自组装法制备钴纳米线的方法

说明书

技术领域

本发明涉及用磁场自组装法制备一维纳米线材料，特别是涉及钴纳米线的制备。

背景技术

一维纳米线（棒）材料相对于纳米粉体材料而言，由于其特定几何形貌，具有如超高的机械强度、热电性能、发光效率、催化性能、磁性能等优异性质，对其制备、性质及应用的研究是纳米科学技术中一个重要的领域。

 目前，金属钴纳米线的制备方法均为模板法。据《Science》2001, 291: 2115～2117报道，采用氧化三辛基膦（TOPO）和油酸混合剂为表面活性剂（软模板），邻二氯苯为溶剂，在182℃下热分解Co₂(CO)₈制备钴纳米棒，其直径为4～25nm。此方法使用的原料TOPO和Co₂(CO)₈较为昂贵，且反应温度较高，限制了其工业化生产及应用。据《高等学校化学学报》2006, 27: 1708～1710;  《南京化工大学学报》2000, 22: 69～71; 《无机化学学报》2007, 23: 1501～1504 等论文报道，均采用多孔氧化铝模板电沉积法制备钴纳米线。此类方法最大的缺陷是模板的制备过程复杂且产品后期与模板的分离较为困难，限制了其实际应用。在公开号为CN101698234A的中国发明专利中，北京科技大学孙冬阳等采用乙二醇和表面活性剂共同形成软模板，使溶液中被还原出来的钴晶核定向生长，得到线状的钴纳米线。此方法的不足在于反应溶液配制较为复杂、产物形貌规整性较差。而国内外尚未见报道有采用简单的液相化学还原法在无模板的前提下制备钴纳米线。

发明内容

本发明的目的在于提供一种采用磁场自组装法在无模板的前提下制备钴纳米线的方法，其特点是利用外加磁场对磁性钴颗粒的约束作用，实现自组装，使其一维取向生长，在纯水相中制备钴纳米线，具有无需预先制备模板、反应条件温和、原料易得、工艺过程简单、产品形貌规整的优点。

本发明的实施过程如下：

1. 反应初始溶液的配制

以去离子水作为溶剂，按钴离子浓度0.01～0.3 mol·L^-1、络合剂浓度 0.01～0.3mol·L^-1配制溶液，充分混合均匀后用NaOH溶液调节溶液pH值至9～13。

其中钴离子由钴盐CoCl₂、CoSO₄或Co(NO₃)₂之中的一种或一种以上的混合物提供。

其中络合剂是EDTA（乙二胺四乙酸）、EDTA-2Na（乙二胺四乙酸二钠）、EDTA-4Na（乙二胺四乙酸四钠）、柠檬酸三钠、酒石酸钠之中的一种或一种以上的混合物。

2. 钴纳米线的制备

将按上述方法配制好的反应初始溶液置于外加均匀磁场中，加热至50～100℃，加入还原剂，反应30～90分钟；至反应完毕，用永磁铁或离心机分离溶液和钴纳米线，分别用去离子水、无水乙醇和丙酮依次洗涤钴纳米线2次，真空干燥，收集产品。

其中外加磁场的强度为5～500mT。

其中还原剂是水合肼、硼氢化钠或次亚磷酸钠中的一种或一种以上的混合物。

其中还原剂的用量为与钴离子的摩尔比为1:3～5:1。

与现有技术相比，本发明无需预先制备模板、反应条件温和、原料易得、工艺过程简单、产品形貌规整，能够实现大量制备。采用本发明制备的钴纳米线直径为100～1000nm，长度为10.0～80.0μm，长径比达到10～200。

附图说明

图1为实施例1制备的钴纳米线SEM照片（较低放大倍数）

图2 为实施例1制备的钴纳米线SEM照片（较高放大倍数）

图3为实施例1制备的产品XRD图谱。

具体实施方式

本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1：

1. 反应初始溶液的配制

将4.76g CoCl₂·6H₂O溶于200 mL去离子水中，加入7.44g EDTA-2Na，充分混合均匀后用0.5 mol·L^-1 NaOH溶液调节溶液pH值至12。

2. 钴纳米线的制备