[发明专利]一种纳米结构四氧化三钴空心亚微球的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于无机非金属材料领域，具体涉及一种纳米结构四氧化三钴(Co₃O₄)空心亚微球的制备方法。

背景技术

四氧化三钴(Co₃O₄)粉末外观呈灰黑色或黑色，理论钴含量为73.43％，氧含量26.57％，密度6.0～6.2g/cm³。Co₃O₄结晶属立方晶系，具有尖晶石结构，其中Co(II)离子四面体被氧原子包围，Co(III)离子八面体被氧原子包围，有较高的晶体场稳定化能，晶格常数α＝8.11×10^-10m。Co₃O₄不溶于水、盐酸、硝酸、王水，能缓慢溶解于热硫酸中。

Co₃O₄是一种具有特殊结构和性能的功能材料，在工业生产中是一种非常重要的磁性P型半导体材料。Co₃O₄纳米材料具有较大的比表面积，人们利用四氧化三钴纳米材料作为锂离子电池的阳极材料，在充/放电循环过程中，Co₃O₄纳米材料显示出较高的充电容量。另外Co₃O₄纳米材料对于氢气和乙醇具有很高的敏感性，所以也被用于制备气敏元件材料。Co₃O₄纳米材料具有许多优良的特性，在非均相催化剂、气体传感器、太阳能吸收器、磁性等方面都有潜在的应用价值。

纳米Co₃O₄空心亚微球作为一种新的纳米结构材料，其特有的核-壳空心结构及纳米厚度的壳层，使它具有低密度、高比表面积的特性，而且还兼具纳米材料特有的性质。目前，制备纳米Co₃O₄空心亚微球的方法主要有水热法或者是喷雾反应法，这些方法存在着反应条件苛刻、重复性差、空心微球形貌不可控等缺点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种制备工艺简单、操作方便、形貌可控，且重复性强的纳米结构四氧化三钴空心亚微球的制备方法。

本发明所提供的纳米结构四氧化三钴空心亚微球的制备方法，包括以下步骤：

1)将二价钴的无机盐溶于蒸馏水中配成二价钴离子浓度为0.01～0.10mol/L的溶液。

2)将氢氟酸按二价钴离子与F原子的摩尔比为1∶1～9∶1进行配比，加入步骤1)配制的二价钴盐溶液中，并加入氨水调节溶液的pH值为7.40～8.10。

3)将模板加入步骤2)配制的溶液中，于50℃～80℃的水浴中搅拌反应1～4小时，离心分离后，洗涤所得沉淀，得到纳米结构核壳亚微球。

4)以步骤3)中得到的核壳亚微球为模板，重复进行步骤3)1～2次，得到多次包覆的纳米结构核壳亚微球。

5)将多次包覆的纳米结构核壳亚微球去除模板，得到纳米结构的四氧化三钴空心亚微球。

其中步骤3)和5)中所述的模板为近单分散的二氧化硅(SiO₂)亚微球或近单分散的聚苯乙烯PS亚微球；步骤5)中通过将多次包覆的纳米结构核壳亚微球于350℃～700℃焙烧1～3小时，再浸入5％～20％的NaOH溶液中在30℃～50℃条件下浸泡1～4小时，去除SiO₂模板，得到纳米结构四氧化三钴空心亚微球；当步骤3)采用近单分散的聚苯乙烯PS亚微球为模板时，步骤5)通过将多次包覆的纳米结构核壳亚微球于350℃～700℃焙烧1～3小时去除模板，得到纳米结构四氧化三钴空心亚微球。

本发明的机理如下：