[发明专利]一种花环状四氧化三钴的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及无机过渡金属氧化物材料合成技术领域，尤其涉及一种花环状四氧化三钴的制备方法。

背景技术

作为一类非常重要的p型半导体过渡金属氧化物，四氧化三钴被广泛应用于锂离子电池材料、超级电容器材料、催化剂、磁性半导体、气体传感器元件等重要领域。近年来，具有不同形貌的四氧化三钴材料引起人们的极大兴趣，采用喷雾热解法、微乳液反应法、溶胶-凝胶法、气相沉积法等不同的制备方法已相继合成了四氧化三钴纳米球、纳米线、纳米棒、纳米管、纳米纤维、纳米立方体、空心球、花状微球等。其中，对于由二维纳米片组装形成的不同形貌的四氧化三钴材料，由于其构筑单元纳米片具有较高的比表面易产生较多的表面活性位，有利于气相分子或液相离子在其表面进行吸附或嵌入，提高气-固相或液固相反应速率。鉴于此，纳米片组装形成的不同形貌的四氧化三钴材料在锂离子电池、气敏元器件材料和多相催化剂领域中具有较高的应用前景，成为四氧化三钴材料的研究热点。

目前，所报道的纳米片组装形成的四氧化三钴材料其形貌主要表现为花状微球，还未见其它形貌的相关报道。此外，四氧化三钴花状微球的合成过程中需要精确调控沉淀剂与钴盐的比例，花状产物重复性较差。因此，设计一种避免使用沉淀剂、工艺简洁高效、重现性高的合成方法制备形貌可控的花环状四氧化三钴材料仍然是该领域的技术难题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种工艺简洁高效、产物形貌重现性好、形貌可控的花环状四氧化三钴材料的制备方法。

本发明采用如下技术方案：

本发明的花环状四氧化三钴的制备方法的具体步骤如下：

1)将钴盐、矿化剂溶于乙二醇中，溶液中钴盐的浓度为5～250mmol/l，矿化剂的浓度为0.05～5mol/l，然后加入表面活性剂，所述钴盐和表面活性剂的摩尔比为1:0.02～2；

2)将上述混合物放入到不锈钢釜中，然后在130～230℃进行溶剂热反应，反应0.5～24h；

3)溶剂热反应结束后通过分离、洗涤将所得产物在200～800℃下进行焙烧得到花环状四氧化三钴。

步骤1)中，所述的钴盐为醋酸钴，矿化剂为醋酸钠。优选：钴盐的浓度为20～200mmol/l，钠盐的浓度为0.1～3mol/l，所述钴盐和表面活性剂的摩尔比为1:0.03～1。更优选：钴盐的浓度为30～150mmol/l，钠盐的浓度为0.5～2mol/l，所述钴盐和表面活性剂的摩尔比为1:0.05～0.5。

步骤1)中，所述的表面活性剂为聚乙二醇，其平均分子量为400～20000。优选为600～8000。更优选为1000～6000。

步骤2)中，优选所述的溶剂热反应温度为150～210℃，溶剂热时间为1～20h。更优选所述的溶剂热反应温度为170～200℃，溶剂热时间为6～15h。

步骤3)中，优选所述的焙烧温度为250～600℃。更优选所述的焙烧温度为300～500℃。

本发明的积极效果如下：

本发明所提供的合成花环状四氧化三钴的方法其优点在于：

1)本发明提供的制备方法合成了一种新型的由二维纳米片组装形成的花状四氧化三钴材料。

2)本发明通过控制钴盐与表面活性剂的摩尔比、矿化剂的浓度、溶剂热热温度和时间来调控四氧化三钴的形貌，调控条件和手段易于实施，且产品形貌重现性好。

3)本发明的制备工艺简洁，整个工艺过程在反应釜中进行，无需任何复杂设备，是一种简洁、环境友好、易于规模化合成的制备花环状四氧化三钴材料的制备方法。

附图说明

图1为实施例1得到的花环状四氧化三钴的XRD谱图。

图2为实施例1得到的低倍花环状状四氧化三钴的SEM图。

图3为实施例1得到的高倍花环状四氧化三钴的低倍SEM图。

图4为实施例1得到的花环状四氧化三钴的氮气吸附/脱附等温线图。

具体实施方式

下面的实施例是对本发明的进一步详细描述。

实施例1：