[发明专利]一种海胆状四氧化三钴材料的制备方法

说明书

本发明提供一种海胆状四氧化三钴材料的制备方法，该材料的制备方法包括以下步骤：(1)将金属盐，聚乙二醇(PEG)加入到去离子水中形成均一的溶液A；(2)在搅拌下向步骤(1)所得的溶液A中加入水溶性有机胺，得到混合物B；(3)将步骤(2)中得到的混合物B继续搅拌5‑120min后转移到反应釜中进行水热反应；(4)将步骤(3)中反应得到的产物进行洗涤、分离、干燥和焙烧后得到海胆状四氧化三钴氧化物材料。本发明实验操作方法简单，原料价格低廉，只需以去离子水作为溶剂，环境友好，易于放大规模生产。

技术领域

本发明属于微纳米材料领域，具体涉及一种海胆状四氧化三钴材料的制备方法。

背景技术

四氧化三钴(Co₃O₄)是一种黑色粉末，其密度约为6.0-6.2g/m³，分子量为240.80。四氧化三钴为立方晶系，晶格参数为a＝0.811nm，空间群为Fd3m，属于正常的AB₂O₄尖晶石结构。四氧化三钴在光电器件、化学储能、化学传感器、多相催化等领域都具有广泛的应用。由于四氧化三钴具有优越的性能以及广泛的应用，目前研究者进行了大量的研究并制备出不同形貌的四氧化三钴，例如纳米球、纳米管、纳米盘、纳米立方、纳米棒、纳米带和纳米片等形貌的四氧化三钴。一些更为复杂的结构如花状、蜂窝状、空心球状等也有相关报道。其中，海胆状四氧化三钴由于其复杂的结构和独特的性能，虽然吸引了一批研究学者的关注，但其相关专利的报道仍较少。

Li等人以硫酸钴，尿素，十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)，去离子水为原料，利用水热法制备了海胆状的四氧化三钴(H.Li,G.T.Fei,M.Fang,P.Cui,X.Guo,P.Yan,L.D.Zhang,Applied Surface Science 257(2011)6527-6530)；Rui等人以硝酸钴，尿素，NH₄F，去离子水为原料，利用水热法制备了海胆状的四氧化三钴(X.Rui,H.Tan,D.Sim,W.Liu,C.Xu,H.H.Hng,R.Yazami,T.M.Lim,Q.Yan,Journal of Power Sources 222(2013)97-102)；Zhu等人以硝酸钴，碳酸氢铵，硫酸铵，乙醇为原料，利用沉淀法制备了海胆状四氧化三钴(C.Zhu,G.Saito,T.Akiyama,Journal of Alloys and Compounds 646(2015)639-646.)；Xiao等人以硝酸钴，乙二醇，葡萄糖和去离子水为原料，利用水热法制备了海胆状四氧化三钴(Y.Xiao,S.Liu,F.Li,A.Zhang,J.Zhao,S.Fang,D.Jia,Advanced FunctionalMaterials 22(2012)4052-4059)；Zhang等人以钴盐、表面活性剂、双氧水、去离子水为原料，利用水热法制备了海胆状四氧化三钴(Y.Zhang,Y.Liu,S.Fu,F.Guo,Y.Qian,MaterialsChemistry and Physics 104(2007)166-171.)；中国专利201110453871.5公开了一种以硝酸钴、乙二醇、去离子水和葡萄糖为原料，利用水热法合成海胆状四氧化三钴的制备方法；中国专利201210360741.1公开了一种将氯化钴水溶液与丙三醇混合，加入尿素反应、除杂、煅烧，得到海胆状分级结构四氧化三钴纳米球的制备方法。中国专利201610725892.0公开了一种以碳球为模板，以醋酸钴、尿素，加入或不加入聚乙烯吡咯烷酮为原料，利用水热法合成海胆状四氧化三钴的制备方法。以上相关制备海胆状四氧化三钴的方法过程复杂，反应条件敏感苛刻；同时还需要有机溶剂作为溶剂或需要矿化剂作为结构导向剂，成本较高，易造成污染环境、不适合规模化生产。为此，寻求一种合成方法简单、反应条件温和的海胆状四氧化三钴材料制备方法尤为必要。

发明内容

本发明的目的是公开一种海胆状四氧化三钴材料的制备方法，本发明所述的海胆状四氧化三钴材料采用水热法制备，该材料制备方法简单、成本低廉、易于大规模生产。

一种海胆状四氧化三钴材料的制备方法，包括以下步骤：