[发明专利]一种纳米结构的氢氧化钴薄膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种纳米结构Co(OH)₂薄膜及其制备方法，属于纳米材料领域。

背景技术

氢氧化钴、氧化钴、金属钴是制造MH-Ni，锂离子等可充电电池的几种关键材料之一。近年来研究认为：氧化钴、氢氧化钴是一种性能优异的电池添加剂。它能够明显改善电池的性能：提高电池的比容量和高输出功率，提高电池的充放电循环寿命，提高耐过充电能力及减少自放电现象等，使蓄电池向高能、小型、轻量、安全、无污染等方面发展成为可能。钴氢氧化物膜电极具有较强的稳定性、重现性且对一些在生物和环境领域起重要作用的有机分子具有很强的催化活性。与普通微米球形Co(OH)₂相比，纳米Co(OH)₂具有更高的质子迁移速率、更小的晶粒电阻、更快的活化速度。薄膜式电极是纳米Co(OH)₂在电池应用中的一种重要形式。因此，制备一种纳米结构的Co(OH)₂薄膜对电极材料的发展具有十分重要的意义。

化学溶液法由于具有工艺简单、成本低廉等优点常常用于纳米氢氧化物薄膜的制备。目前，在利用化学溶液法制备纳米Co(OH)₂薄膜时，常用的方法是以氨水为配合剂，用一定浓度的钻盐溶液和氢氧化钠溶液反应，控制一定的温度和加入的氢氧化钠的量，制备出纳米Co(OH)₂。这一方法的缺点是制备出的纳米Co(OH)₂粒度不可控，尺寸不均匀，灵活性差。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有工艺原理简单，操作方便，易于生产，制备出的纳米Co(OH)₂粒度可控，粒径分布较窄等特点的方法。采用配位沉淀法制备纳米结构Co(OH)₂薄膜。

本发明采用氟原子作为配位原子，在钴盐的溶液中加入氢氟酸生成[CoF_x]^(x-2)-，然后在溶液中加入氨水作沉淀剂提供钴离子水解沉淀需要的OH^-，钴配合离子的缓慢水解缩合得到了Co(OH)₂，在基片表面沉积形成Co(OH)₂薄膜。本发明实验条件简单，制备过程操作简单易行，周期短(数小时内完成反应)，成本低廉。通过调节溶液中钴盐浓度、F与Co(II)原子比、pH值、水浴温度、反应时间等过程参数得到不同微观结构的Co(OH)₂薄膜。

本发明采用配位沉淀法制备纳米结构Co(OH)₂薄膜，具体包括以下步骤：

1)基片预处理：将基片依次用硝酸、乙醇和蒸馏水超声洗涤，室温自然干燥，待用；

2)将钴盐溶于水中配成钴离子浓度为0.01～0.10mol/L的钴盐溶液；

3)将氢氟酸加入步骤2)中配制的钴盐溶液中得到混合溶液，其中，F与Co(II)的摩尔比为3∶1～9∶1；

4)在步骤3)中得到的混合溶液中滴加氨水调节pH值为8.50～9.30；

5)将步骤1)中预处理后的基片垂直放入步骤4)中配制的溶液后，于50～80℃的水浴中搅拌反应2～4小时得到覆有薄膜的基片；

6)取出覆有薄膜的基片超声洗涤、室温自然干燥，得到Co(OH)₂薄膜。

本发明的机理为：