[发明专利]一种锰钴复合氧化物MnCo2O4磁性纳米晶及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于镍、钴或铁的无机氧化物活性物质技术领域，具体涉及锰钴复合氧化物MnCo₂O₄纳米晶及其制备方法。

背景技术

MnCo₂O₄尖晶石结构具有独特的结构特性以及优异的磁性、光学、催化以及电化学性能等，使其在催化、传感、锂离子电池、固体燃料电池等领域存在着广泛的应用前景。众所周知，MnCo₂O₄尖晶石结构的性能与其形貌、颗粒大小密切相关，纳米化的MnCo₂O₄尖晶石结构由于具有巨大的比表面积，其性能将会大大提高。如美国斯坦福大学戴宏杰教授领导的课题组，以石墨烯为模版，采用两步法制备了MnCo₂O₄尖晶石结构纳米颗粒，使其氧化还原电催化活性大大提高。但由于石墨烯较为昂贵，方法复杂，很难实现大规模的工业化生产，从而限制了该方法的应用。而传统的纳米材料制备方法，如固体烧结法、化学共沉淀法、原子沉积法等，要么很难控制样品的结构、形貌、尺寸等、要么工艺复杂、造价昂贵。因此需要进一步探索使MnCo₂O₄纳米化的简单易行的方法。

水热合成法是指将在常温常压下不易被氧化的物质或不易合成的物质，通过置于密闭的高温高压条件下来加速反应的进行，其主要特点是：（1）在水溶液中混合均匀；（2）水随温度升高和自生压力增大变成一种气态矿化剂，具有非常的解聚能力。水热反应物在一定矿化剂存在下，化学反应速度快，能制备出多组分或单一组分的超微结晶粉末；（3）离子能够比较容易地按照化学计量反应，晶粒按其结晶习性生长，在结晶过程中，可把有害杂质自排到溶液中，生成纯度较高的结晶粉末。由于上述特点，利用水热合成法所制得的粉体粒度小，粒度分布范围窄，结晶良好且分散性好，并能较好地控制粒子大小、形貌和粒度分布。因此，水热合成法受到了人们的广泛关注，是一种具有工业化实用前景的制备方法。但是，使用水热合成法制备纳米MnCo₂O₄的技术内容，至今还未见报道。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种锰钴复合氧化物MnCo₂O₄磁性纳米晶及其制备方法，该制备方法简单易行，便于在常规实验条件下制备锰钴复合氧化物MnCo₂O₄磁性纳米晶，且通过本发明所制备的锰钴复合氧化物MnCo₂O₄磁性纳米晶粒度均一，形貌规则、结晶度好、原子配比可控，并且具有良好的磁性能。

为实现上述发明目的，本发明提供了如下技术方案：

一种锰钴复合氧化物MnCo₂O₄磁性纳米晶的制备方法，其中，该制备方法采用水热合成法，具体包括如下步骤：

（1）按反应物的摩尔比为n_KMnO4:n_Mn(Ac)2:n_Co(Ac)2=2:3:10称取适量的高锰酸钾、乙酸锰和乙酸钴，加入纯水，搅拌使反应物混合均匀，形成反应混合物；

（2）把所述反应混合物转入一高压反应容器中，密封该高压反应容器，放入烘箱中，在150℃-200℃的温度下保持一定时间进行水热反应，所述水热反应时间为10-24小时，然后取出该高压反应容器；

（3）冷却后，打开上述高压反应容器，对反应物进行离心分离，并用纯水洗样品，得到黑色沉淀，再进行真空干燥，所得到的黑色粉末即为所述MnCo₂O₄磁性纳米晶。

该制备方法发生如下氧化还原反应：

2KMnO₄+3Mn(Ac)₂+10Co(Ac)₂+12H₂O=5MnCo₂O₄+2KAc+24HAc。

所述高压反应容器为聚四氟乙烯-不锈钢高压反应釜、不锈钢高压反应釜、磁力搅拌高压反应釜中的一种。

乙酸锰与乙酸钴可分别由硝酸锰、硝酸钴代替。

所述步骤（2）中，所述温度为180℃。

所述步骤（2）中，所述水热反应时间15-20小时。

所述KMnO₄的浓度小于0.5M。

所述纯水为Milli-Q水。