一种负载过渡金属氧化物的花状氧化镁的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于负载型纳米氧化物材料的制备领域。
【背景技术】
[0002] 近年来，通过自组装合成多维结构材料是材料合成的一个热点，形貌控制是目前 功能材料合成的一个关键问题。花状结构具有高比表面积、良好的光吸收和折射率，而多级 结构的微米花，因其集纳米颗粒、纳米片和微米花=种结构于一体，使得其在记录磁头、纳 米催化、生物传感器、纳米医学等领域有良好的应用前景。过渡金属元素是指元素周期表中 处于d区的一系列元素，价层轨道中存在未成对电子，因此具有与其他元素不同的理化性 质。过渡金属氧化物一般具有突出的功能性而受到广泛的关注。过渡金属氧化物由于具有 与贵金属氧化物相似的核外电子结构，因此具有相似的歴电容性能，其比电容为碳电极材 料的1~100倍左右，是一种很有潜力的电化学电容器材料。过渡金属氧化物除了具有突 出的歴电容性能，还可W制备成复合电极，进而对复合电极的形貌、成核生长及活性产生影 响。负载型多维结构金属氧化物巧日核壳结构氧化物）因具有许多独特的物理和化学特性， 在超疏水表面涂层、料学、化学、磁学、电学、光学、生物医学等领域都具有潜在的应用价值， 特别是在催化剂新材料的研究开发方面已经得到了国内外相关科技工作者的高度重视。尽 管包括核壳结构在内的负载型花状氧化儀在催化、生物传感器、电池电极材料等方面可望 有重要的应用，但是目前未见过渡金属氧化物包覆的花状氧化儀材料合成的报道。
[0003] 目前制备核壳结构材料最主要的方法有溶胶凝胶法和均相沉淀法。运两种方法 在制备核壳结构材料具有设备简单，产物均相性好等特点。但是无法解决制备过程中不能 完全包覆造成包覆不致密，有部分作为壳的粒子并没有包覆上去等问题，存在可控性差，限 制了其应用。本发明基于自发沉淀转化的自牺牲模板法，不但兼具溶液体系方法所具有的 设备简单，产物均相性好等优势；而且本发明采用的氨氧化儀模板无需表面功能化，在核壳 结构形成的过程中，部分消耗掉，释放儀离子和壳形成所需的氨氧根离子，由于模板附近氨 氧根离子高，使得过渡金属离子优先完全沉积在模板的表面，很好地保持模板形貌，克服了 溶胶凝胶法和均相沉淀法的不足，可W有效地控制壳层的厚度，形成致的密壳层，是一种简 单、高效、快捷制备核壳结构材料的新方法和途径，具有重要的应用价值。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于提供一种简单、高效、快捷制备负载过渡金属氧化物的花状氧 化儀的制备方法。
[0005] 本发明是通过W下技术方案实现的。
[0006] 本发明所述的制备方法，包括W下步骤。
[0007] (1)根据负载过渡金属氧化物的花状氧化儀的制备量及其化学计量比，称取相应 质量的儀盐溶解于去离子水中得到2mol/L的儀盐溶液，在20~60°C条件下，边揽拌，边往 儀盐溶液里滴加质量浓度为30%的氨水，当溶液抑值为10. 5时，即停止滴加氨水和揽拌， 得到的悬浊液在室溫下陈化30~120分钟，过滤、洗涂、干燥后，即得用作模板的花状氨氧化 儀。
[0008] (2)根据负载过渡金属氧化物的花状氧化儀的制备量及其负载的过渡金属与儀的 化学计量比，称取相应量的负载氧化物中过渡金属的盐，配制成浓度为0. 01~0. 2mol/L且 抑值为5~7的溶液。
[0009] (3)将步骤（1)制备的花状氨氧化儀加入步骤（2)配制的溶液中，在10~90°C条件 下，揽拌20~120分钟，过滤、洗涂，然后在60~100°C下，干燥60~240分钟。
[0010] (4)将步骤（4)得到的产物在400~1000°C下，般烧30~240分钟，即得最终产物。
[0011] 本发明步骤（1)中所述的儀盐是硫酸儀、硝酸儀或氯化儀中的一种或多种。
[0012] 本发明步骤（2)中所述的过渡金属的盐是铁，钻、铜、锋、锡的硝酸盐、氯化盐和硫 酸盐中的中的一种或多种。
[0013] 本发明制备负载过渡金属氧化物的花状氧化儀的方法是将花状氨氧化儀加入到 负载过渡金属氧化物的金属盐溶液中，在适当的溫度下揽拌发生自发的沉淀转化反应，过 滤、洗涂和干燥后，得到表面负载了过渡金属氨氧化物的花状氨氧化儀前驱体，在适当的溫 度下热处理后，便得到了负载氧化物的花状氧化儀。该方法合成时间短、实施简单、成本低 廉、易于工业化，负载氧化物颗粒完全牢固地附着在花状氧化儀纳米片上分散性均匀、厚度 可控，克服了均相沉淀法和溶胶-溶胶法制备核壳结构粒子时欲包覆的粒子相当部分分散 在溶液中导致无法控制壳的厚度的难题。
【附图说明】
[0014]图1为实施例1所制得氨氧化儀的扫描电镜图，如图所示，氨氧化儀具有微米尺度 花状纳米结构。
[001引图2为实施例1所制得花状氨氧化儀的X射线衍射图，图中XRD图谱的分析表明 制备得到的花状纳米材料为氨氧化儀，其JCPDF卡片号为07-0239。
[0016]图3为实施例1所制得负载氧化铜的氧化儀的扫描电镜图，如图所示，负载氧化铜 的氧化儀具有花状纳米结构，周边未见任何小粒子，氧化铜纳米晶粒完全附着在花状氧化 儀表面。
[0017]图4为实施例1所制得负载氧化铜的氧化儀的X射线衍射图，图中XRD图谱上出 现JCPDF卡片号为65-0476氧化儀和JCPDF卡号为48-1548氧化铜的特征衍射峰，并未出 现任何复合氧化物的特征衍射峰，表明氧化铜纳米晶粒附着在花状氧化儀上。
[0018] 图5为实施例2所制得负载氧化锡的氧化儀的扫描电镜图，如图所示，负载氧化锡 的氧化儀具有花状纳米结构，周边未见任何小粒子，氧化锡纳米晶粒完全附着在花状氧化 儀表面。
[001引图6为实施例2所制得负载氧化锡的氧化儀的X射线衍射图，图中XRD图谱 上出现JCPDF卡片号为65-0476氧化儀和JCPDF卡号为41-1445氧化锡的特征衍射峰， 并未出现任何复合氧化物的特征衍射峰，表明氧化锡纳米晶粒附着在花状氧化儀上。
[0020]图7为实施例3所制得负载氧化锋的氧化儀的扫描电镜图，如图所示，负载氧化锋 的氧化儀具有花状纳米结构，周边未见任何小粒子，氧化锋纳米晶粒完全附着在花状氧化 儀表面。
[0021] 图8为实施例3所制得负载氧化锋的氧化儀的X射线衍射图，图中XRD图谱 上出现JCPDF卡片号为65-0476氧化儀和JCPDF卡号为74-0534氧化锋的特征衍射峰， 并未出现任何复合氧化物的特征衍射峰，表明氧化锋纳米晶粒附着在花状氧化儀上。
【具体实施方式】
[0022] 本发明将通过W下实施例作进一步说明。
[002引实施例1。
[0024]准确称取4. 8144g无水硫酸儀，溶解于20ml去离子水中配制成2mol/L的溶液， 然后一边揽拌，一边往儀盐溶液里滴加质量浓度30%的氨水，当溶液抑值为10. 5时，即停 止滴加氨水和揽拌，得到的悬浊液在室溫下陈化120分钟后，得到白色沉淀，过滤、洗涂，在 75°C下干燥180分钟后即得到用作模板的花状氨氧化儀；准确称取的1. 9328gS水合硝酸 铜，溶于200ml去离子水中并调控抑值为6,将前面制备的花状氨氧化儀加入硝酸铜溶液 中，室溫下揽拌60min后，过滤、洗涂，在75°C下干燥150分钟后，在800°C保溫150分钟，得 到负载氧化铜的花状氧化儀。
[00幼实施例2。
[0026] 准确称取4. 8144g无水硫酸儀，溶解于20ml去离子水中配制成2mol/L的溶液， 然后一边揽拌，一边往儀盐溶液里滴加质量浓度30%的，当溶液pH值为10. 5时，即停止滴 加氨水和揽拌，得到的悬浊液在室溫下陈化120分钟后得到白色沉淀，对白色沉淀过滤、洗 涂，在75°C下干燥180分钟后即得到用作模板花状氨氧化儀；将准确称取的2. 6050g四氯 化锡揽拌溶于200ml去离子水中并调控抑值为5,再将前面制备的花状氨氧化儀加入四氯 化锡溶液中，室溫下揽拌60min后，过滤、洗涂，在75°C下干燥150分钟后，再在800°C保溫 150分钟，得到负载氧化锡的花状氧化儀。
[0027] 实施例3。
[0028] 准确称取4. 8144g无水硫酸儀，溶解于20ml去离子水中配制成2mol/L的溶液， 然后一边揽拌，一边往儀盐溶液里滴加质量浓度30%的氨水，当溶液抑值为10. 5时，即停 止滴加氨水和揽拌，得到的悬浊液在室溫下陈化120分钟后得到白色沉淀，过滤、洗涂，在 75°C下干燥180分钟后即得到用作模板花状氨氧化儀；将准确称取的2. 9749g六水合硝酸 锋揽拌溶于200ml去离子水中并调控pH值为6,将前面制备的花状氨氧化儀加入硝酸锋 溶液中，室溫下揽拌60min后，过滤、洗涂，在75°C下干燥150分钟后，再将干燥的样品在 800°C保溫150分钟，得到负载氧化锋的花状氧化儀。
[0029] 表1.实施例样品的比表面积
【主权项】
1. 一种负载过渡金属氧化物的花状氧化镁的制备方法，其特征是包括以下步骤： (1) 根据负载过渡金属氧化物的花状氧化镁的制备量及其化学计量比，称取相应质量 的镁盐溶解于去离子水中得到2mol/L的镁盐溶液，在20~60°C条件下，边搅拌，边往镁盐溶 液里滴加质量浓度为30%的氨水，当溶液pH值为10. 5时，即停止滴加氨水和搅拌，得到的 悬浊液在室温下陈化30~120分钟，过滤、洗涤、干燥后，即得用作模板的花状氢氧化镁； (2) 根据负载过渡金属氧化物的花状氧化镁的制备量及其负载的过渡金属与镁的化学 计量比，称取相应量的负载氧化物中过渡金属的盐，配制成浓度为〇. 〇l~〇. 2mol/L且pH值 为5~7的溶液； (3) 将步骤（1)制备的花状氢氧化镁加入步骤（2)配制的溶液中，在10~90°C条件下， 搅拌20~120分钟，过滤、洗涤，然后在60~100°C下，干燥60~240分钟； (4) 将步骤（4)得到的产物在400~1000°C下，煅烧30~240分钟，即得最终产物。2. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征是步骤（1)中所述的镁盐是硫酸镁、硝酸镁 或氯化镁中的一种或多种。3. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征是步骤（2)中所述的过渡金属的盐是铁， 钴、铜、锌、锡的硝酸盐、氯化盐和硫酸盐中的中的一种或多种。
【专利摘要】一种负载过渡金属氧化物的花状氧化镁的制备方法，包括以下步骤：根据负载过渡金属氧化物的花状氧化镁的制备量及其化学计量比，制备适量的花状氢氧化镁模板，并配制适当体积的浓度为0.01~0.2？mol/L且pH值为5~7的过渡金属盐溶液，然后将制备的花状氢氧化镁加入配制的过渡金属盐溶液中，在10~90℃条件下，搅拌20~120分钟，过滤、洗涤，在60~100℃下，干燥60~240分钟，最后将干燥产物在400~1000℃下，煅烧30~240分钟，即得最终产物。本发明合成时间短，实施简单，成本低廉，产物具有高比表面积、高孔隙率的纳米片组成的三维花状结构，特别是负载氧化物粒子能均匀、牢固、可控地附着在花状氧化镁纳米片上，具有广泛工业化的应用前景。
【IPC分类】C01F5/02
【公开号】CN105197967
【申请号】CN201510592272
【发明人】陈伟凡, 卓明鹏, 周文威, 许云鹏, 刘洋, 李治洲
【申请人】南昌大学
【公开日】2015年12月30日
【申请日】2015年9月17日