反蛋白石结构Co3O4@SiO2纳米涂层材料的垂直沉积合成方法技术

反蛋白石结构Co3O4@SiO2纳米涂层材料的垂直沉积合成方法，属于新材料生产技术领域，采用模板法沉积制备SiO2@PS，然后采用六水合硝酸钴作为钴源，制成凝胶，采用垂直沉积法，高温煅烧，制成以垂直沉积法制备的Co3O4@SiO2反蛋白石结构。本发明专利技术操作简单，节能环保，条件易控，制备的产品具有极为规整的网状结构且有极大的比表面积与纳米间隙。

【技术实现步骤摘要】
反蛋白石结构Co3O4@SiO2纳米涂层材料的垂直沉积合成方法
本专利技术属于材料的生产
，特别是具有光子晶体和有序新型材料的生产

技术介绍
四氧化三钴是一种极具潜力的过渡金属氧化物，制备成本低廉。同时，四氧化三钴也是一种很好的功能材料，在气体传感、温度传感、化学催化等领域也有着十分广阔的应用前景。此外，四氧化三钴还是合成正极材料钴酸锂的原料。因此，开发和研究四氧化三钴有着十分重要的实用价值。四氧化三钴的制备方法有多种，其中水热法相关的研究报道较多。但是，由于目前的水热法制备四氧化三钴一般是在高温下数小时反应制得，制备耗能较大，制备的颗粒不均一，团聚性比较严重。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提出一种操作简单、可重复性强的反蛋白石结构纳米涂层的制备方法。本专利技术包括以下步骤：1）将洁净的玻片置于浓硫酸和双氧水混合溶液中浸泡后干燥，得到亲水化处理后的玻片基质；2）将亲水化处理后的玻片垂直放入正硅酸四乙酯和聚丙烯腈的混合溶液中，经陈化后，取出玻片，再经自然干燥，即得陈化的SiO2@PS；3）将陈化的SiO2@PS垂直放入由乙二醇和六水合硝酸钴混合组成的钴盐凝胶溶液中，经陈化后，取出玻片，自然干燥后，再将玻片进行高温煅烧，再从玻片上分离出表层材料，即得反蛋白石结构Co3O4@SiO2。专利技术配合采用六水合硝酸钴作为钴源，以垂直沉积法，制备成本低廉，设备要求简单，制备周期短，制成的反蛋白石结构的Co3O4@SiO2，具有均一的纳米间隙，有序规整，纳米间隙直径为200～300nm，同时具有极大的比表面积。本专利技术的聚丙烯腈和正硅酸四乙酯乳液在自由能最佳状态的温度，让聚丙烯腈和正硅酸四乙酯的混合乳液在亲水化处理过的玻片上自组装形成密集的纳米凝胶涂层，自然干燥，然后配制钴类前驱体凝胶，将之前处理过的干燥完的玻片浸入前驱体凝胶溶液中，自然干燥，在空气煅烧除去PS球，制得反蛋白石结构纳米涂层。本专利技术是利用光子晶体排列自组装的有序规整性为原始模板，其中二氧化硅作为提高反蛋白石结构的材料的机械强度性能，制备形貌可控，粒径可控，大小均一的以垂直沉积法制备的Co3O4@SiO2反蛋白石结构，在制备以垂直沉积法制备的Co3O4@SiO2反蛋白石结构的研究还鲜有报道。另外，本专利技术所述步骤1）中，浓硫酸和双氧水的混合体积比为3：1。使用该混酸比例，可使玻片获得良好的亲水性能，更易在玻片上沉积，从而制得反蛋白石结构。所述步骤2）中，正硅酸四乙酯和聚丙烯腈的混合溶液中正硅酸四乙酯质量分数为0.15～0.45wt%，聚丙烯腈的质量分数为0.1～0.4wt%。此质量比范围内，是合成出反蛋白石结构Co3O4@SiO2的关键质量比，合成出的Co3O4@SiO2产物纯度高，形貌均一，纳米间隙大。所述步骤2）中，陈化的温度条件为20～50℃，时间为2～3天。在此温度和时间范围，垂直沉积得到的涂层均匀，自组装达到最佳状态。所述步骤2）中，陈化的温度条件为30～40℃。在该陈化温度下，通过垂直沉积法，得到最佳的反蛋白石结构。为了使制备的以垂直沉积法制备的Co3O4@SiO2反蛋白石结构，形貌均一，避免钴凝胶多而导致反蛋白石结构的消失，所述步骤3）中，所述钴盐凝胶溶液中六水合硝酸钴的质量和乙二醇的体积比为2～5g：8～12mL。所述步骤3）中，所述陈化的温度条件为20～50℃，陈化时间为2～5天。在此温度和时间范围，垂直沉积得到的涂层均匀，自组装达到最佳状态。所述步骤3）中，陈化的温度条件为30～40℃。在该陈化温度下，通过垂直沉积法，得到最佳的反蛋白石结构。所述步骤3）中，所述煅烧的环境温度为400～600℃，煅烧时间为1～8h。在此温度范围和煅烧时间，能够使产物晶型结构更加好，而且产物不会因为煅烧发生形貌变化。所述步骤3）中，以1～5℃/min的升温速率，将煅烧的环境温度升温至400～600℃。该升温速率使得材料在煅烧过程中以一定速率升温，保持晶型的有规律的缓慢生长，从而制得有序较佳的反蛋白石结构材料。附图说明图1为本专利技术例一制备取得的沉积SiO2@PS的玻片表面涂层的扫描电镜图。图2为本专利技术例一制备的Co3O4@SiO2涂层的扫描电镜图。图3为本专利技术例一最终产物的XRD图。图4为本专利技术例一最终产物的EDS图。图5为本专利技术例二制备的SiO2@PS的玻片表面涂层的扫描电镜图。具体实施方式例一：一、制备方法：1、玻片基质亲水化处理：将玻片裁成30mm×30mm的尺寸，取50mL的烧杯，加入25mL的水，超声20min，依次接着用10mL的乙醇、10mL的丙酮分别超声20min。洗净毕，无尘烘干待用。以体积比为3：1的比例将浓硫酸和双氧水混合，配制取得浓硫酸和双氧水的混合溶液，将洗净的玻片在其中浸泡24小时后取出，自然凉干。2、垂直沉积制备SiO2@PS：配制0.1～0.4wt%的聚丙烯腈水溶液和0.15～0.45wt%的正硅酸四乙酯水溶液。取10mL的聚丙烯腈水溶液和0.2mL的正硅酸四乙酯水溶液混合于容器中，超声30min后，使得溶液充分混合，为获得形貌良好的SiO2@PS纳米涂层，采用垂直沉积法，垂直放入已亲水化处理的玻片，尽量保持水平面和玻片呈90°，平稳地将容器放入30℃的烘箱，陈化2～3天后，取出玻片，再经自然干燥，即得沉积SiO2@PS的玻片。从取得的沉积SiO2@PS的玻片表面取下涂层材料，进行扫描，取得电镜图，如图1所示，可见制得的纳米涂层形貌很均一。3、制备反蛋白石结构Co3O4@SiO2：将2～5g乙二醇和8～12mL六水合硝酸钴混合，超声30min，搅拌均匀，制成钴盐凝胶溶液。为获得形貌良好的Co3O4@SiO2纳米涂层，采用垂直沉积法，在以上钴盐凝胶溶液中垂直放入SiO2@PS的玻片，尽量保持水平面和玻片呈90°，然后将容器放入30℃的烘箱中，陈化2～5天后，取出玻片，再经自然干燥24小时，即得目标玻片。从陈化后的玻片表面取得涂层材料，进行扫描，取得如图2的示的电镜图，可见制得的Co3O4@SiO2涂层形貌很均一。然后将玻片进行高温煅烧，以1～5℃/min的升温速率，将煅烧的环境温度升温至400～600℃，经过1～8h煅烧，制得反蛋白石结构Co3O4@SiO2。将制成的反蛋白石结构Co3O4@SiO2制成x-射线衍射图，如图3所示，横坐标为2倍的衍射角度，纵坐标为相对强度，二氧化硅在2θ角为10～80°不具备峰，图中标出的产物的衍射峰与四氧化三钴的标准谱图一一对应，表明制备的纳米涂层的成分为Co3O4@SiO2。将制成的反蛋白石结构Co3O4@SiO2制成EDS图，如图4所示，图中有产物形貌和涂层所含的元素分析，表明制备的纳米涂层的成分为Co3O4@SiO2。从图1中可以看出，反蛋白石结构Co3O4@SiO2结构中纳米间隙直径为200～300nm。例二：1、玻片基质亲水化处理：将玻片裁成30mm×30mm的尺寸，取50mL的烧杯，加入25mL的水，超声20min，依次接着用10mL的乙醇、10mL的丙酮分别超声20min。洗净毕，无尘烘干待用，配制浓硫酸和双氧水（浓硫酸和双氧水体积比为3：1）混合溶液，将洗净的玻片放入其中，放置至干燥。2、垂直沉积制备SiO2@PS：配制0.1～0.4wt%的聚丙烯腈水溶液和0.1本文档来自技高网...

【技术保护点】
反蛋白石结构Co3O4@SiO2纳米涂层材料的垂直沉积合成方法，其特征在于包括如下步骤：    1）将洁净的玻片置于浓硫酸和双氧水混合溶液中浸泡后干燥，得到亲水化处理后的玻片基质；2）将亲水化处理后的玻片垂直放入正硅酸四乙酯和聚丙烯腈的混合溶液中，经陈化后，取出玻片，再经自然干燥，即得陈化的SiO2@PS；3）将陈化的SiO2@PS垂直放入由乙二醇和六水合硝酸钴混合组成的钴盐凝胶溶液中，经陈化后，取出玻片，自然干燥后，再将玻片进行高温煅烧，再从玻片上分离出表层材料，即得反蛋白石结构Co3O4@SiO2。

【技术特征摘要】
1.反蛋白石结构Co3O4@SiO2纳米涂层材料的垂直沉积合成方法，包括如下步骤：1）将洁净的玻片置于浓硫酸和双氧水混合溶液中浸泡后干燥，得到亲水化处理后的玻片基质；2）将亲水化处理后的玻片垂直放入正硅酸四乙酯和聚丙烯腈的混合溶液中，经陈化后，取出玻片，再经自然干燥，即得陈化的SiO2@PS；3）将陈化的SiO2@PS垂直放入由乙二醇和六水合硝酸钴混合组成的钴盐凝胶溶液中，经陈化后，取出玻片，自然干燥后，再将玻片进行高温煅烧，再从玻片上分离出表层材料，即得反蛋白石结构Co3O4@SiO2；所述步骤2）中，正硅酸四乙酯和聚丙烯腈的混合溶液中正硅酸四乙酯质量分数为0.15～0.45wt%，聚丙烯腈的质量分数为0.1～0.4wt%。2.根据权利要求1所述合成方法，其特征在于所述步骤1）中，浓硫酸和双氧水的混合体积比为3：1。3.根据权利要求1所述合...

【专利技术属性】
技术研发人员：刁国旺，瞿姗姗，王剑，朱守圃，李忠翠，王世双，余洋，
申请(专利权)人：扬州大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32