一种在氧化铝陶瓷管上生长四氧化三钴纳米片的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于无机材料制备技术领域，具体涉及一种在氧化铝陶瓷管上生长四氧化三钴(C〇3〇4)纳米片的方法。
【背景技术】
[0002]四氧化三钴纳米材料具有良好的催化性能和电化学性能，被广泛应用于锂离子电池、超级电容器、催化工业、生物细胞传感器和气敏传感器等领域。目前，关于C〇304纳米材料的合成已经有较多相关的报道。中国专利CN201310436328.3公开了一种纳米级片层结构四氧化三钴的制备方法，该方法采用钴盐和尿素为原料，通过水热法得到具有片层结构的中间产物，然后在马弗炉中煅烧，最终得到纳米级片层结构四氧化三钴;然而，该方法得到的产物为100nm厚度左右的纳米片团聚组成的数十微米大小的颗粒，纳米片很厚且并未实现单片的分散。中国专利CN201410741019.1公开了一种具有介孔结构的四氧化三钴纳米片的制备方法，该方法采用六水合硝酸钴和环六亚甲基四胺的水溶液先在低温下合成纳米片状结构的前驱体，然后经热分解得到介孔结构的四氧化三钴纳米片;但是该方法制得的C〇3〇4纳米片为团聚的数微米的球团，没有实现单片的分散，且其纳米片为由孔径平均大小为15nm左右的颗粒组成的介孔片状。中国专利CN201510135832.9公开了一种基于层状四氧化三钴的制备及超级电容性能的研究，该方法中基底为导电钛网，通过在硝酸钴和尿素的混合液中水热反应，得到的四氧化三钴形貌为5?10层纳米片的堆积结构，该结构中四氧化三钴纳米片仍然较密集，也没有实现单片分散的效果。Y.X.Yu等(Net-structured C03O4/Cnanosheet array with enhanced electrochemical performance toward lithiumstorage，Materials Research Bulletin 51(2014)112-118)公开了一种以硝酸钴为钴源、六亚甲基四胺HMT为表面活性剂，在泡沫镍片上制备四氧化三钴/碳复合纳米片的方法;该方法在制备过程中采用了表面活性剂，且基底为导电的泡沫镍，不利于作为传感器材料使用。
【发明内容】
[0003]本发明针对【背景技术】存在的缺陷，提出了一种在氧化铝陶瓷管上生长四氧化三钴纳米片的方法。本发明采用六水合硝酸钴为钴源，以氧化铝陶瓷管为载体，首先在通过水热反应直接在氧化铝陶瓷管上生长C〇(C03)Q.5(0H).0.11H20纳米片初始材料，然后焙烧得到生长于陶瓷管上的四氧化三钴(C〇304)纳米片;本发明得到了具有特殊整齐的楓叶状单片结构的四氧化三钴纳米片，实现了良好的单片分散效果。
[0004]本发明的技术方案如下:
[0005]本发明以六水合硝酸钴为钴源，通过水热反应直接在陶瓷管上生长C〇(C03)〇.5(0H).0.11H20纳米材料，最后进行热焙烧处理得到生长于陶瓷管上的四氧化三钴(C〇304)纳米片材料。
[0006] —种在氧化铝陶瓷管上生长四氧化三钴纳米片的方法，包括以下步骤:
[0007]步骤1、配制反应溶液:将六水合硝酸钴(Co(N〇3)2.6H20)、尿素和氟化铵(NH4F)加入水中，搅拌均匀，得到反应溶液；
[0008]步骤2、Co(C〇3)Q.5(OH).0.11H20纳米片的制备:将步骤1得到的反应溶液转移至反应釜中，在120?150°C下水热反应6?12h，在氧化铝陶瓷管上得到Co(C〇3)q.5(OH).0.11H20纳米片；
[0009]步骤3、四氧化三钴(Co3〇4)纳米片的制备:将步骤2得到的生长有Co (C〇3)0.5 (0H).0.11H20纳米片的氧化铝陶瓷管在300?500°C下焙烧0.5?3h，即可得到生长于陶瓷管上的四氧化三钴纳米片。
[0010]进一步地，步骤1所述六水合硝酸钴的浓度为〇.〇l〇mol/L?0.025mol/L，所述尿素的浓度为〇.〇5mol/L?0.15mol/L，所述氣化铵的浓度为0.01mol/L?0.06mol/L。
[0011]本发明的原理是采用六水合硝酸钴为钴源，以氧化铝陶瓷管为载体，首先通过水热反应直接在氧化铝陶瓷管上生长C〇(C03)Q.5(0H).0.11H20纳米片初始材料，然后焙烧得至性长于陶瓷管上的四氧化三钴(C〇3〇4)纳米片。
[0012]本发明的有益效果为:
[0013]1、本发明方法得到的生长于陶瓷管上的四氧化三钴纳米片，其纯度高，为单相的四氧化三钴(C〇3〇4);具有特殊整齐的独立的弧形楓叶片状，为单片的结构，实现了纳米片的单片分散;单片垂直于基底，片与片相连，形成网络结构;纳米片厚度均匀(平均厚度为25?40nm)，致密无孔。
[〇〇14]2、本发明四氧化三钴纳米片生长于氧化铝陶瓷管上，无需采用镍、钛等金属片作为基底，在反应及后处理中，避免了其他金属元素杂质的引入;本发明方法中无需使用表面活性剂，简化了生产工艺，降低了生产成本，提高了可控性。
[0015]3、本发明方法得到的四氧化三钴纳米片的单片分散效果好，具有较大的空隙和比表面积，作为电池材料时，增大了与电解液的接触面积，为电解液的离子传输提供了有力的保障;作为催化剂、传感器材料时，其单片分散的片层结构可增大与反应介质或污染气体的接触面积和扩散速度；因此，本发明方法得到的生长于陶瓷管上的四氧化三钴纳米片可应用于催化剂、电池材料、气敏材料等领域。
【附图说明】
[0016]图1为本发明实施例1得到的生长于氧化铝陶瓷管上的四氧化三钴纳米片的扫描电镜图；(a)和(b)分别为不同放大倍数下的扫描电镜图；
[0017]图2为本发明实施例1得到的生长于氧化铝陶瓷管上的四氧化三钴纳米片的X射线衍射图谱。
【具体实施方式】
[0018]下面结合附图和实施例，详述本发明的技术方案。
[0019]一种在氧化铝陶瓷管上生长四氧化三钴纳米片的方法，包括以下步骤:
[0020]步骤1、配制反应溶液:将六水合硝酸钴(Co(N〇3)2.6H20)、尿素和氟化铵(NH4F)依次加入去离子水中，室温下搅拌5?30min至完全溶解，得到淡红色澄清溶液，即为反应溶液;其中Co(N03)2.6H20的浓度为0.010?0.025mol/L，尿素的浓度为0.05mol/L?0.15mol/L，NH4F 的浓度为 0.0lmol/L ?0.06mol/L;
[0021]步骤2、C〇(C03)〇.5(OH).0.11H20纳米片的制备:将步骤1得到