[发明专利]一种免模板制备四氧化三钴多层空心纳米球的方法

说明书

一种免模板制备四氧化三钴多层空心纳米球的方法，涉及无机纳米功能材料。制备前驱体：将无机钴盐、酒石酸钠、六次甲基四胺溶解在去离子水中，加热反应，反应结束后收集产物，洗涤，干燥，得前驱体，所述前驱体为粉红色粉末；制备四氧化三钴多层壳空心微米球：将所得的前驱体煅烧，得四氧化三钴多层空心纳米球。以去离子水为反应溶剂，通过简单温和的液相法在低温下合成分散性良好的纳米球状前驱体，通过在空气中煅烧得到Co₃O₄多层空心纳米球。制备的Co₃O₄纳米球具有多层空心的结构，纯度高且具有良好的分散性。产物具有纯度高、结晶性好、分散性好的优点，在多相催化、气敏传感器、锂离子电池和超级电容器等领域具有潜在的应用前景。

技术领域

本发明涉及无机纳米功能材料，尤其是涉及一种免模板制备四氧化三钴(Co₃O₄)多层空心纳米球的方法。

背景技术

Co₃O₄是一种重要的P型磁性半导体，属于AB₂O₄尖晶石结构，因其晶体结构稳定、化学能较高、离子扩散较快，具有良好的催化性能和电化学性能，已经被广泛地应用在多相催化、气敏传感器、锂离子电池和超级电容器等领域。近年来，微纳米结构Co₃O₄材料因为特殊的性能和潜在的应用受到科学界和工业界极大的关注。相对于普通块体材料，合理地设计特殊微纳米结构的Co₃O₄材料能在某些性能上有极大的提升，其中，多层空心结构Co₃O₄拥有较大的比表面积，能够为催化和储能反应提供更多活性位点，增加化学活性。此外，内部中空的结构也能为反应过程中的体积膨胀提供额外的缓冲空间，保持结构的稳定性。此外，相比于单层的空心结构，多层空心结构能够提高进一步提高空间利用率。

目前，已经有了一些关于多层壳空心结构Co₃O₄的合成报道。例如Wang等(Angewandte Chemie,2013,125(25):6545-6548)以水热制备法制备的碳球作为模板，利用其能够吸附钴离子的特性，最后煅烧去除碳球模板得到多层壳空心结构的Co₃O₄微米球，但是这种方法工艺繁琐，需要碳球模板支撑。Wang等(Advanced Functional Materials,2010,20(10):1680-1686)以硝酸钴为钴源、乙二醇为溶剂、PVP为胶束模板导向剂，通过溶剂热的方法首先制备有机钴盐前驱体，最后通过在空气中煅烧去除有机物得到多层壳空心结构的Co₃O₄纳米球，但是这种方法同样需要加入PVP作为胶束模板导向剂，需要加入有机溶剂在较高的温度下进行溶剂热反应。

尽管已经报道一些多层空心结构Co₃O₄的制备方法，但是这些方法通常需要首先制备硬模或加入特殊的添加剂作为软模板，并且需要添加有机溶剂，通过溶剂热的方法制备。这样的制备方法工艺繁琐、成本高、纯度不够、产量低，分散性差，无法进行大规模量产。因此，基于特殊材料结构对材料性能和应用前景的巨大影响，简单可控地制备多层壳空心结构的四氧化三钴纳米球仍然是本领域的一个研究热点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种免模板制备四氧化三钴(Co₃O₄)多层空心纳米球的方法。

本发明包括以下步骤：

1)制备前驱体：将无机钴盐、酒石酸钠、六次甲基四胺溶解在去离子水中，加热反应，反应结束后收集产物，洗涤，干燥，得前驱体，所述前驱体为粉红色粉末；