纳米带的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及无机纳米材料制备领域，具体涉及一种Co3O4纳米带的制备方法。
【背景技术】
[0002]纳米材料，特别是一维纳米材料相对于其块体材料表现出许多优异新奇的性能，在电子学、光电子学以及存储设备等领域发挥着重要作用，其合成研究引起科学家越来越大的兴趣。其中，一维过渡金属氧化物纳米材料，因其特殊的光学、磁学和电学特性而备受瞩目。
[0003]作为一种重要的P型半导体，Co3O4具有尖晶石结构，广泛地应用于锂离子电池、超级电容器、信息存储、催化和传感器等诸多领域。近年来，先后报道了多种制备一维Co3O4纳米材料的方法。例如:Lee等利用静电纺丝法制备了 Co3O4纳米线(Sens.Actuators B,2012，161，570-577) ;Takehiko Sasaki等以十六烷基三甲基氯化铵为表面活性剂，再添加N，N-二甲基甲酰胺和30% H2O2，基于水热法制备了 Co (OH)3纳米带，焙烧后转化为Co3O4纳米带(Nanotechnology, 2010, 21, 045605);与之类似,Qiuming Gao 等添加 1，2-丙二醇(Adv.Funct.Mater.2010, 20, 617 - 623),而 Jianyi Lin 等加入乙二醇(ACS Nano,2010，4，3，1425-1432)，经过水热反应，焙烧前驱体，也得到了 Co3O4纳米带。这些制备方法或者需要复杂昂贵的设备，或者使用有机溶剂和表面活性剂，或者高温高压反应。因此，迫切需要开发成本低、无污染、便于工业化的方法来制备Co3O4纳米材料。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是针对上述已有技术存在的不足，提出一种工艺简单、操作简便、形貌可控、产量高、产品质量稳定的Co3O4纳米带的制备方法。
[0005]本发明的技术方案:
一种Co3O4纳米带的制备方法，采用水浴法合成，步骤如下:
1)将六水合氯化钴溶于去离子水中，室温下磁力搅拌直至完全溶解，然后加入尿素，室温下磁力搅拌使其完全溶解，得到混合液；
2)将上述混合液在70-10(TC温度下水浴反应2-48h，得到反应液；
3)将上述反应溶液静置10-120min后，在500-10000 r/min转速下离心分离，弃除上清液，将得到的沉淀物分别用水和无水乙醇洗涤3-6次，在60°C温度下干燥6-24 h，得到Co (CO3) 0.5 (OH) ?0.1lH2O 前驱体；
4)将上述前驱体粉末放入马弗炉中，以2-5°C/min的升温速率升至300-400°C并保温0.5-5 h，得到Co3O4纳米带。
[0006]所述混合液中六水合氯化钴以Co2+计量的溶液浓度为0.1-2 mol/L，尿素浓度为1-20 mol/L。
[0007]本发明的优点是:该制备方法工艺简单、操作方便、反应条件温和，以氯化钴和尿素为反应物，原料廉价，经济可靠；制备的Co3O4纳米带分离容易、纯度较高，Co 304纳米带比表面积较大，可广泛用作气敏材料、电池材料、光催化或催化剂载体等；本发明制备的Co3O4纳米结构有助于开发研究其新颖的吸附性能、催化性能、电性能及气敏性能，对开发氧化钴基新型功能材料具有重要意义。
[0008]【【附图说明】】
图1为制备的Co (CO3) 0.5 (OH).0.1lH2O前驱体及Co3O4纳米带的X射线衍射(XRD)图。
[0009]图2为制备的Co (CO3) ο.5 (OH).0.1IH2O前驱体的扫描电子显微镜(SEM)照片。
[0010]图3为制备的Co3O4纳米带的扫描电子显微镜(SEM)照片。
[0011]【【具体实施方式】】
下面通过具体的实施例对本发明作进一步详细说明。
[0012]实施例:
一种Co3O4纳米带的制备方法，采用水浴法合成，步骤如下:
1)将0.01 mol六水合氯化钴溶于60 mL的去离子水中，室温下磁力搅拌直至完全溶解，然后加入0.1 mol尿素，室温下磁力搅拌使其完全溶解，得到混合液；
2)将上述混合液在90°C下水浴反应24h，得到反应液；
3)将上述反应液静置20min后，在2000 r/min转速下离心2 min,弃除上清液，将得到的沉淀物分别用水和无水乙醇重复洗涤4次，在60°C下干燥12 h，得到Co (CO3) ο.5 (OH) ?0.1lH2O 前驱体；
图1为制备的Co (CO3) ο.5 (OH).0.1lH2O前驱体和Co3O4的XRD图谱(JCPDS卡片N0.48-0083)，其中:图 1(a)中为 Co (CO3) 0.5 (OH).0.1lH2O 前驱体的 XRD 图谱，图1 (b)是热处理后得到样品Co3O4的XRD图谱，图中显示=Co(CO3)a5(OH) ?0.1IH2O前驱体已经完全转化为Co3O4，所有衍射峰都经与标准谱图(JCPDS卡片N0.42-1467)对照，吻合的很好。因此，可以判定所得样品为纯净的Co304。
[0013]图2为制备的前驱体在不同倍数下的SEM照片。图中表明:前驱体呈现带状结构，厚度约为100 nm,宽度约为200 nm长度约为6 μ m。
[0014]通过控制反应条件，还可以实现对前驱体形貌和微结构的调控。
[0015]4)将上述前驱体放入马弗炉中，以3°C /min的升温速率升温至300°C并保温30min，得到Co3O4纳米带。
[0016]图3为制备的Co3O4纳米带在不同倍数下的SEM照片。从照片可以看出:在Co (CO3) 0.5 (OH).0.1lH2O前驱体向Co3O4转变过程中，结构形貌保持完好，仍为带状，其厚度为 60-120 nm,宽度为 140-280 nm，长度为 4_8 μ m。
[0017]检测表明=Co3O4纳米带的气敏性能良好,在300°C下对100 ppm乙醇的灵敏度达到12。
[0018]上述实施例是本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，在未背离本发明的基本原理与工艺过程下所作的其它任何改变、替代、简化等，均为等效的置换，都应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种Co 304纳米带的制备方法，其特征在于采用水浴法合成，步骤如下: 1)将六水合氯化钴溶于去离子水中，室温下磁力搅拌直至完全溶解，然后加入尿素，室温下磁力搅拌使其完全溶解，得到混合液； 2)将上述混合液在70-10(TC温度下水浴反应2-48h，得到反应液； 3)将上述反应溶液静置10-120min后，在500-10000 r/min转速下离心分离，弃除上清液，将得到的沉淀物分别用水和无水乙醇洗涤3-6次，在60°C温度下干燥6-24 h，得到Co (CO3) ο.5 (OH) ?0.1lH2O 前驱体； 4)将上述前驱体粉末放入马弗炉中，以2-5°C/min的升温速率升至300-400°C并保温0.5-5 h，得到Co3O4纳米带。
2.根据权利要求1所述Co304纳米带的制备方法，其特征在于:所述混合液中六水合氯化钴以Co2+计量的溶液浓度为0.1-2 mol/L，尿素浓度为1_20 mol/L。
【专利摘要】一种Co3O4纳米带的制备方法，以水为反应介质，六水合氯化钴和尿素为原料，在水浴条件下反应，将所得产物离心洗涤并干燥，得到形貌规整可控的带状Co(CO3)0.5(OH)?0.11H2O前驱体。将干燥后的前驱体放入马弗炉中，以一定的升温速度升至一定温度并保温，前驱体全部转变为Co3O4，并且带状结构没有被破坏，形貌保持完好。本发明的优点是：法方法所制备Co3O4纳米带尺寸、结构和形貌容易控制，所制备的Co3O4纳米带具有良好的气敏和光降解性能；制备方法简便、操作简单、成本低、产率高，易于实现工业化生产。
【IPC分类】C01G51-04, B82Y30-00
【公开号】CN104609479
【申请号】CN201510070221
【发明人】张乐喜, 李玲, 别利剑, 乔鹏羽, 孙慧宁, 赵增旺
【申请人】天津理工大学
【公开日】2015年5月13日
【申请日】2015年2月11日