本发明属于纳米功能材料制备技术领域，具体涉及一种过渡金属氢氧化物纳米颗粒的快速制备方法。
背景技术：
纳米结构的过渡金属氢氧化物是一类性能优异的功能材料，在诸多领域有着广阔的应用前景。氢氧化镍是镍系列电池的正极活性材料，具有比能量大、比功率高和循环寿命长等突出优点；氢氧化钴作为一种性能优异的电池添加剂，它能够明显提高电池的比容量和输出功率。此外，氢氧化镍和氢氧化钴在催化、磁性材料、传感器、电容器、电致变色等领域也具有广泛的应用前景。
目前合成过渡金属氢氧化物的主要方法有水热法、沉淀法、气相沉积法、电沉积法及溶胶凝胶法等。
水热法是在密闭的反应釜中，利用高温时溶剂气化产生高压，在高温高压下完成一些在常压条件下无法进行或完成的反应。在高温高压下那些在常压条件下不溶或难溶的物质会发生溶解，或生成该物质的溶解产物，在高压釜内形成过饱和溶液，并最终成核析出晶体，形成纳米微粒。可以通过改变溶剂种类及用量、改变反应温度、改变反应物配比等实现纳米材料的可控合成，例如纳米线，纳米棒、纳米管、纳米球等。但是水热法也存在一定的缺陷，例如：利用水热得到的纳米线的长径比相对较小，且无法控制纳米线之间的相互排列。
均匀沉淀法的原理是通过控制反应条件使沉淀剂随着反应的消耗逐渐产生，避免浓度不均匀和过饱和度过大的现象，使溶液中的沉淀反应基本处于平衡状态，沉淀物能在整个溶液中均匀地出现，从而制得形貌和尺寸均一的纳米颗粒。此外，均相沉淀还可以避免共沉淀时包留杂质和无定型杂质。但此方法一般反应时间较长。
气相沉积法是将一种或几种气相前驱体循环通入反应炉中，高温下在基底表面发生反应或分解得到纳米颗粒的方法。可实现多种材料的高结晶度、高纯度和高产率制备，对材料尺寸、厚度和成分等都具有可控性，不过也存在生产成本较高、产量低等缺点。
电沉积法主要是在含有被沉积离子的溶液中，通过控制沉积速度将被沉积离子均匀地沉积到阴/阳极板上，在电极上产生过渡金属氢氧化物的方法。电化学沉积法制备过渡金属氢氧化物，具有直接一步制成电极的优点。这种方法存在的主要问题是产物厚度不够均匀，热处理后出现量裂纹等。
溶胶凝胶法是通过金属有机盐或无机盐水解形成溶胶，再经过缩聚、溶剂蒸发形成凝胶，然后再通过热处理得到纳米粉体的方法。与传统的高温固相法相比，这种方法得到的过渡金属氢氧化物纯度高，粉体尺寸小。此方法的缺点是陈化时间长，干燥过程会逸出气体，并产生体积收缩。
由于以上方法都在不同程度上存在某些缺陷，且反应时间长、成本相对较高、操作较复杂，因此寻求一种快速制备钴氢氧化物纳米颗粒、镍氢氧化物纳米颗粒的新方法具有一定的经济价值和社会意义。
技术实现要素：
本发明的目的旨在克服现有技术的不足之处，提供了一种快速制备过渡金属氢氧化物纳米颗粒的方法，利用该方法所得纳米晶体相发育完整，纯度较高，晶粒形貌规则，具有良好的电化学性能。
为了达到上述目的，本发明提供了一种过渡金属氢氧化物纳米颗粒的快速制备方法，包括如下步骤：
步骤1，将硝酸盐置于马弗炉中熔融，得到熔融态硝酸盐；
步骤2，将含结晶水的过渡金属氯化盐加入到步骤1的熔融态硝酸盐中，并在硝酸盐的熔融态温度下反应2-11min，反应完毕得到过渡金属氢氧化物纳米颗粒粗品；
将过渡金属氢氧化物纳米颗粒粗品冷却至室温后用去离子水浸泡1-3h，浸泡完毕后再用去离子水冲洗、干燥，即得到所述过渡金属氢氧化物纳米颗粒；
其中，所述含结晶水的过渡金属氯化盐与所述硝酸盐的质量比为1-4：25。
优选的，所述过渡金属为co或ni。
优选的，所述过渡金属氯化盐为cocl2·6h2o或nicl2·6h2o。
优选的，所述硝酸盐为kno3或nano3。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
在硝酸盐的熔盐中，过渡金属氯化盐中m-x化学键迅速断裂，形成裸露的co2+或ni2+金属离子，co2+或ni2+金属离子与少量结晶水直接作用，快速诱导形成大量晶核，晶核快速生长为纳米晶，随后用水浸泡，使纳米晶核在一定浓度的盐溶液中再次生长，这些纳米晶核在熔盐离子的影响下组装而生长为过渡金属氢氧化物纳米颗粒；
本发明在较低的能耗条件下，利用低成本的硝酸盐和含结晶水的过渡金属氯化物快速获得纳米级过渡金属氢氧化物颗粒，制得的过渡金属氢氧化物纳米颗粒形貌好，均一性良好，能够在光电磁领域广泛应用。
附图说明
图1为实施例1制备出的α-co(oh)2纳米颗粒的sem图谱；
图2为实施例1制备出的α-co(oh)2纳米颗粒的xrd衍射图谱；
图3为实施例2制备出的α-co(oh)2纳米颗粒的sem图谱；
图4为实施例2制备出的α-co(oh)2纳米颗粒的xrd衍射图谱；
图5为实施例3制备出的α-co(oh)2纳米颗粒的sem图谱；
图6为实施例3制备出的α-co(oh)2纳米颗粒的xrd衍射图谱；
图7为实施例4制备出的α-ni(oh)2纳米颗粒的sem图谱；
图8为实施例4制备出的α-ni(oh)2纳米颗粒的xrd衍射图谱；
图9为实施例5制备出的α-ni(oh)2纳米颗粒的sem图谱；
图10为实施例5制备出的α-ni(oh)2纳米颗粒的xrd衍射图谱；
图11为实施例6制备出的α-ni(oh)2纳米颗粒的sem图谱；
图12为实施例6制备出的α-ni(oh)2纳米颗粒的xrd衍射图谱。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案能予以实施，下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明，但所举实施例不作为对本发明的限定。
下述各实施例中所述实验方法和检测方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均可在市场上购买得到。
实施例1
一种过渡金属氢氧化物纳米颗粒的快速制备方法，包括如下步骤：
称取5g的kno3放入坩埚中，然后将装有kno3的坩埚转移到马弗炉中熔融，kno3完全熔融时的温度为380℃；再将0.8g的cocl2·6h2o粉末加入到熔融态kno3中，于380℃反应2min，反应完毕得到α-co(oh)2纳米颗粒粗品；
将α-co(oh)2纳米颗粒粗品从马弗炉中移出，冷却到室温，然后用去离子水浸泡1h，浸泡完毕后再用去离子水洗去kno3、干燥，即得到α-co(oh)2纳米颗粒。
采用xrd、sem对制备出的α-co(oh)2纳米颗粒的组成、粒度、显微结构进行表征，其中，表征时采用ultimaiv型号的xrd进行结构与晶相分析，cukα靶，λ＝0.15418nm，扫描管电压和管电流分别为40kv，40ma，扫描范围为3°-70°，扫描速度为5°/min。其中，测样品形貌的sem的分辨率为3.5nm，最大放大倍数为300000，最大加速电压为30kv，样品台尺寸为φ152.4mm。具体结果见图1和图2。
图1为实施例1制备出的α-co(oh)2纳米颗粒的sem图谱，由图1可以发现，实施例1制备出的α-co(oh)2纳米颗粒分布均匀，其晶型较明显类似于棒状，且晶型相对较完整；
图2为实施例1制备出的α-co(oh)2纳米颗粒的xrd衍射图谱，由图2可以发现，实施例1制备出的α-co(oh)2纳米颗粒在11.4°、38.8°、46.0°出现明显的衍射峰，且峰型相对较宽，表明实施例1制备出的α-co(oh)2纳米颗粒的粒径较小，纯度高。
实施例2
一种过渡金属氢氧化物纳米颗粒的快速制备方法，包括如下步骤：
称取5g的kno3放入坩埚中，然后将装有kno3的坩埚转移到马弗炉中熔融，kno3完全熔融时的温度为380℃；再将0.8g的cocl2·6h2o粉末加入到熔融态kno3中，于380℃反应11min，反应完毕得到α-co(oh)2纳米颗粒粗品；
将α-co(oh)2纳米颗粒粗品从马弗炉中移出，冷却到室温，后用去离子水浸泡2h，浸泡完毕后取出，用去离子水洗去kno3、干燥，即得到α-co(oh)2纳米颗粒。
采用与实施例1相同的表征方法对实施例2制备出的α-co(oh)2纳米颗粒的组成、粒度、显微结构进行表征，具体结果见图3和图4。
图3为实施例2制备出的α-co(oh)2纳米颗粒的sem图谱，由图3可以发现，实施例2制备出的α-co(oh)2纳米颗粒整体分布均匀，呈现八面体状，颗粒粒径在纳米级；
图4为实施例2制备出的α-co(oh)2纳米颗粒的xrd衍射图谱，由图4可以发现，实施例2制备出的α-co(oh)2纳米颗粒在在11.4°，38.8°，46.0°都出现明显的衍射峰，且峰型较宽，说明得到了粒径较小且纯度高的α-co(oh)2纳米颗粒。
实施例3
一种过渡金属氢氧化物纳米颗粒的快速制备方法，包括如下步骤：
称取5g的nano3放入坩埚中，然后将装有nano3的坩埚转移到马弗炉中熔融，nano3完全熔融时的温度为380℃；再将0.2g的cocl2·6h2o粉末加入到熔融态nano3中，于380℃反应8min，反应完毕得到α-co(oh)2纳米颗粒粗品；
将α-co(oh)2纳米颗粒粗品从马弗炉中移出，冷却到室温，后用去离子水浸泡3h，取出后再用去离子水洗去nano3、干燥，即得到α-co(oh)2纳米颗粒。
采用与实施例1相同的表征方法对实施例3制备出的α-co(oh)2纳米颗粒的组成、粒度、显微结构进行表征，具体结果见图5和图6。
图5为实施例3制备出的α-co(oh)2纳米颗粒的sem图谱，由图5可以发现，实施例3制备出的α-co(oh)2纳米颗粒整体分布均匀，呈现八面体状；
图6为实施例3制备出的α-co(oh)2纳米颗粒的xrd衍射图谱，由图6可以发现，实施例3制备出的α-co(oh)2纳米颗粒在11.4°，38.8°，46.0°都出现明显的衍射峰，且峰型较宽，没有其他的杂质峰，说明得到了粒径较小的α-co(oh)2纳米颗粒。
实施例4
一种过渡金属氢氧化物纳米颗粒的快速制备方法，包括如下步骤：
称取5g的kno3放入坩埚中，然后将装有kno3的坩埚转移到马弗炉中熔融，kno3完全熔融时的温度为380℃；再将0.2g的nicl2·6h2o粉末加入到熔融态kno3中，于380℃反应2min，反应完毕得到α-ni(oh)2纳米颗粒粗品；
将α-ni(oh)2纳米颗粒粗品从马弗炉中移出，冷却到室温，后用去离子水浸泡3h，取出后用去离子水洗去kno3、干燥，即得到α-ni(oh)2纳米颗粒。
采用与实施例1相同的表征方法对实施例4制备出的α-ni(oh)2纳米颗粒的组成、粒度、显微结构进行表征，具体结果见图7和图8。
图7为实施例4制备出的α-ni(oh)2纳米颗粒的sem图谱，由图7可以发现，实施例4制备出的α-ni(oh)2纳米颗粒整体分布均匀，由相对一致的纳米棒组成，粒径在纳米级；
图8为实施例4制备出的α-ni(oh)2纳米颗粒的xrd衍射图谱，由图8可以发现，实施例4制备出的α-ni(oh)2纳米颗粒在11.4°，38.8°，46.0°都出现非常明显的衍射峰，峰型较宽，没有其他杂质峰，说明得到了纯的α-ni(oh)2纳米颗粒。
实施例5
一种过渡金属氢氧化物纳米颗粒的快速制备方法，包括如下步骤：
称取5g的nano3放入坩埚中，然后将装有nano3的坩埚转移到马弗炉中熔融，nano3完全熔融时的温度为350℃；再将0.2g的nicl2·6h2o粉末加入到熔融态nano3中，于350℃反应10min，反应完毕得到α-ni(oh)2纳米颗粒粗品；
将α-ni(oh)2纳米颗粒粗品从马弗炉中移出，冷却到室温，用去离子水浸泡2h，取出后用去离子水洗去nano3、干燥，即得到α-ni(oh)2纳米颗粒。
采用与实施例1相同的表征方法对实施例5制备出的α-ni(oh)2纳米颗粒的组成、粒度、显微结构进行表征，具体结果见图9和图10。
图9为实施例5制备出的α-ni(oh)2纳米颗粒的sem图谱，由图9可以发现，实施例5制备出的α-ni(oh)2纳米颗粒整体分布均匀，由相对一致的规则圆环颗粒组成；
图10为实施例5制备出的α-ni(oh)2纳米颗粒的xrd衍射图谱，由图10可以发现，实施例5制备出的α-ni(oh)2纳米颗粒在11.4°，38.8°，46.0°都出现非常明显的衍射峰，峰型较宽，没有其他杂质峰，说明得到了粒径较小的α-ni(oh)2纳米颗粒。
实施例6
一种过渡金属氢氧化物纳米颗粒的快速制备方法，包括如下步骤：
称取5g的nano3放入坩埚中，然后将装有nano3的坩埚转移到马弗炉中熔融，nano3完全熔融时的温度为350℃；再将0.3g的nicl2·6h2o粉末加入到熔融态nano3中，于350℃反应10min，反应完毕得到α-ni(oh)2纳米颗粒粗品；
将α-ni(oh)2纳米颗粒粗品从马弗炉中移出，冷却到室温，用去离子水浸泡1h，然后用去离子水洗去nano3、干燥，即得到α-ni(oh)2纳米颗粒。
采用与实施例1相同的表征方法对实施例6制备出的α-ni(oh)2纳米颗粒的组成、粒度、显微结构进行表征，具体结果见图11和图12。
图11为实施例6制备出的α-ni(oh)2纳米颗粒的sem图谱，由图11可以发现，实施例6制备出的α-ni(oh)2纳米颗粒整体分布均匀，形貌呈片层状，颗粒大小均一，表面较圆滑；
图12为实施例6制备出的α-ni(oh)2纳米颗粒的xrd衍射图谱，由图12可以发现，实施例6制备出的α-ni(oh)2纳米颗粒在11.4°，38.8°，46.0°都出现非常明显的衍射峰，峰型较宽，没有其他杂质峰，说明得到了粒径较小的α-ni(oh)2纳米颗粒。
本发明的反应机理如下：在硝酸盐的熔盐中，过渡金属氯化盐中m-x化学键迅速断裂，形成裸露的co2+或ni2+金属离子，co2+或ni2+金属离子与少量结晶水直接作用，快速诱导形成大量晶核，晶核快速生长为纳米晶，随后用水浸泡，使纳米晶核在一定浓度的盐溶液中再次生长，这些纳米晶核在熔盐离子的影响下组装而生长为过渡金属氢氧化物纳米颗粒。
此外，实施例1-6中所得过渡金属氢氧化物纳米颗粒的形貌，除了在熔盐中的反应时间外，氯化盐前体金属离子类型、熔融盐的种类和浸泡时盐的浓度等因素，都将会导致产生不同形貌、不同尺寸的α-co(oh)2纳米颗粒和α-ni(oh)2纳米颗粒。
本发明在较低的能耗条件下，利用低成本的硝酸盐和含结晶水的过渡金属氯化物快速获得纳米级过渡金属氢氧化物颗粒，制得的过渡金属氢氧化物纳米颗粒形貌好，均一性良好，能够在光电磁领域广泛应用。
需要说明的是，本发明说明书中涉及数值范围时，应理解为每个数值范围的两个端点以及两个端点之间任何一个数值均可选用，由于采用的步骤方法与
实施例1-6相同，为了防止赘述，本发明描述了优选的实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内也意图包含这些改动和变型在内。