一种利用循环伏安法制备多形貌纳米铁/钴氧化物的方法技术

本发明专利技术公开了一种利用循环伏安法制备多形貌纳米铁/钴氧化物的方法，包括步骤：将非晶态FeCo合金前驱体作为工作电极，铂片作为辅助电极，Ag/AgCl(饱和KCl)作为参比电极，在0.5mol/L KOH碱性溶液中进行多周期循环伏安扫描；设定循环电位由‑1.25V上升到0.6V再回到‑1.25V为一个循环周期，扫描速度为50mV/s。工作电极在循环的过程中不断往复的氧化还原和活化，最终在施加n个循环周期后，经冲洗清洁和干燥，在电极表面形成大小尺寸在纳米级的铁/钴氧化物。该制备方法工艺简单，且绿色环保，其所使用的设备简单。

【技术实现步骤摘要】
一种利用循环伏安法制备多形貌纳米铁/钴氧化物的方法
本专利技术涉及一种利用循环伏安法制备多形貌纳米铁/钴氧化物的方法，属于纳米金属功能材料领域。
技术介绍
在所有金属元素中，Fe元素不仅仅价格低廉，而且年产量具有相当大的数量级。纳米金属氧化物由于其尺寸的特殊性，具有量子尺寸效应、小尺寸效应、表面与界面效应和宏观量子隧道效应等一系列性质，因此作为主催化剂、助催化剂和载体在催化领域被广泛应用。另外，具有八面体结构的纳米尖晶石结构金属氧化物不仅在催化方面应用广泛，同时也是典型的磁性材料。FeCo纳米材料在催化、信息存储、磁流体等领域应用广泛。现阶段已报道的FeCo纳米材料合成方法主要包括溶胶-凝胶法、化学共沉淀法、前驱体热解法、水热法、自蔓延燃烧法、微乳法、模板法等。由于在制备合成过程中大都均需惰性气体保护，甚至高温淬火，这些方法普遍存在工艺复杂，操作时间较长的缺点，同时，也使FeCo合金纳米氧化物的晶型、组成和纯度等均难以控制。循环伏安法(CV)是控制电极电势，随时间以三角波形一次或多次反复扫描，使电极上能交替发生不同的还原和氧化反应。在对电极表面往复的氧化还原过程中，能够对电极表面进行活化，在电极表面生成多形貌的纳米金属氧化物，同时满足了对电极表面的修饰。本专利技术提供了一种在非晶态FeCo合金前驱体上利用循环伏安法制备多形貌纳米氧化物的方法，操作简单，易于控制。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术中FeCo复合纳米氧化物的晶型、组成和纯度等均难以控制的不足，提供了利用循环伏安法制备多形貌纳米铁/钴氧化物的方法，工艺和设备简单，绿色环保且容易控制。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种利用循环伏安法制备多形貌纳米铁/钴氧化物的方法，包括以下步骤：将非晶态FeCo合金前驱体作为工作电极，铂片作为辅助电极，在KOH水溶液中进行循环伏安处理，扫描速度为50mV/s，循环电位为-1.25V～0.6V；施加10～3000个循环周期后，进行冲洗和干燥，即得。工作电极在循环的过程中不断往复的氧化还原和活化，最终在施加n个循环周期后，经冲洗清洁和干燥，在电极表面形成大小尺寸在纳米级的铁/钴氧化物。优选地，所述的非晶态FeCo合金前驱体为Fe83.3-xCoxSi4B8P4Cu0.7，其中，x＝0-40at.％。最优为Fe79.3Co4Si4B8P4Cu0.7，因为Fe79.3Co4Si4B8P4Cu0.7非晶电极在循环伏安往复的氧化还原过程中，生成的铁/钴氧化物具有较大的活性比表面积和优异的长周期循环稳定性，可在催化、电池等领域发挥其较大的优势。优选地，所述循环电位由-1.25V到0.6V再回到-1.25V为一个循环周期，因为在循环伏安曲线中，此循环电势窗口包含了所有Fe→Fe(OH)2→FeOOH→Fe(Ⅱ)/Fe(Ⅲ)氧化物和Co→Co(OH)2→Co(Ⅱ)/Co(Ⅲ)氧化物→CoOOH的氧化还原峰。优选地，所述KOH溶液的浓度为0.5mol/L。优选地，所述的多形貌纳米铁/钴氧化物为纳米片状羟基氧化铁(FeOOH)、或者纳米颗粒状四氧化三铁(Fe3O4)和花朵状氧化物的共存结构、或者纳米级八面体四氧化三铁(Fe3O4)、或者纳米级细长叶片状羟基氧化铁(FeOOH)和非晶态钴氧化物的共存结构。优选地，所述的非晶态FeCo合金前驱体为Fe83.3Si4B8P4Cu0.7非晶合金，施加10-180个循环周期，得到纳米片状结构的FeOOH。优选地，所述的非晶态FeCo合金前驱体为Fe79.3Co4Si4B8P4Cu0.7非晶合金，施加10-180个循环周期，得到纳米片状结构的FeOOH。优选地，所述的非晶态FeCo合金前驱体为Fe79.3Co4Si4B8P4Cu0.7非晶合金，施加200-900个循环周期，得到纳米颗粒状Fe3O4氧化物与花朵状氧化物。优选地，所述的非晶态FeCo合金前驱体为Fe79.3Co4Si4B8P4Cu0.7非晶合金，施加1000-3000个循环周期，得到纳米级八面体Fe3O4。优选地，所述的非晶态FeCo合金前驱体为Fe43.3Co40Si4B8P4Cu0.7非晶合金，施加10-180个循环周期，得到纳米级细长叶片状FeOOH和非晶态钴氧化物。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：(1)按照本专利技术的制备方法得到的多种具有不同形貌的纳米铁/钴氧化物，如纳米片状羟基氧化铁(FeOOH)、纳米颗粒状四氧化三铁(Fe3O4)和花朵状氧化物、纳米级八面体四氧化三铁(Fe3O4)、纳米级细长叶片状羟基氧化铁(FeOOH)及部分非晶态钴氧化物，其可应用于催化、磁性材料、电池电极材料、传感以及储氢等诸多领域。(2)本专利技术的工艺设备简单，且操作简便、绿色环保，原材料价格低廉，容易获取，解决了现有技术中的工艺复杂、生产周期长等问题。(3)本专利技术的方法可以对生产不同形貌纳米铁/钴氧化物进行有效控制，制备多种形貌的铁/钴氧化物，解决了现有技术制备FeCo复合纳米氧化物过程中难以控制晶型、组成和纯度等问题。附图说明图1为循环伏安法电压随时间变化的三角波形图。图2为实施例1所制备的产物的SEM图片。图3为实施例2所制备的产物的SEM图片。图4为实施例3所制备的产物的SEM图片。图5为实施例4所制备的产物的SEM图片。图6为实施例5所制备的产物的SEM图片。具体实施方式下面结合实施例详述本专利技术，但本专利技术并不局限于这些实施例。如无特别说明，本专利技术的实施例中的原料均通过商业途径购买。实施例1将Fe83.3Si4B8P4Cu0.7非晶合金作为工作电极，铂片作为辅助电极，在0.5mol/L的KOH碱性溶液中进行循环伏安氧化还原处理，扫描速度为50mV/s。设定循环电位由-1.25V上升到0.6V再回到-1.25V为一个循环周期，在-1.25-0.6V的电压范围内施加10个循环周期后，然后取出工作电极，经冲洗和干燥后，得到纳米级片状羟基氧化铁(FeOOH)氧化物。图1为循环伏安法电势随时间变化的三角波形图，图2为本实施例产物的SEM图，可以看出，按照此方法制备的纳米FeOOH氧化物，具有连续的纳米片状结构，具有较高比表面积。其他条件不变，改变循环周期：施加100个循环周期，得到纳米级片状FeOOH氧化物。其他条件不变，改变循环周期：施加180个循环周期，得到纳米级片状FeOOH氧化物。实施例2将Fe79.3Co4Si4B8P4Cu0.7非晶合金作为工作电极，铂片作为辅助电极，Ag/AgCl(饱和KCl)作为参比电极，在0.5mol/L的KOH碱性溶液中进行循环伏安氧化还原处理，扫描速度为50mV/s，设定循环电位由-1.25V上升到0.6V再回到-1.25V为一个循环周期。施加10个循环周期后，然后取出工作电极，经冲洗和干燥后，得到纳米级片状羟基氧化铁(FeOOH)氧化物。由图3可以看出，按照此方法制备的纳米FeOOH氧化物，具有连续的纳米片状结构，具有较高比表面积。其他条件不变，改变循环周期：施加90个循环周期，得到纳米级片状FeOOH氧化物。其他条件不变，改变循环周期：施加180个循环周期，得到纳米级片状FeOOH氧化物。实施例3将Fe79.3Co4Si4B8P4Cu0.7非晶合金作为工作电极，铂片作为辅助电极，Ag/AgC本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用循环伏安法制备多形貌纳米铁/钴氧化物的方法，其特征在于，包括以下步骤：将在非晶态FeCo合金前驱体作为工作电极，铂片作为辅助电极，在KOH水溶液中进行循环伏安处理，扫描速度为50mV/s，循环电位为‑1.25V～0.6V；施加10～3000个循环周期后，进行冲洗和干燥后获得。

【技术特征摘要】
1.一种利用循环伏安法制备多形貌纳米铁/钴氧化物的方法，其特征在于，包括以下步骤：将在非晶态FeCo合金前驱体作为工作电极，铂片作为辅助电极，在KOH水溶液中进行循环伏安处理，扫描速度为50mV/s，循环电位为-1.25V～0.6V；施加10～3000个循环周期后，进行冲洗和干燥后获得。2.根据权利要求1所述的利用循环伏安法制备多形貌纳米铁/钴氧化物的方法，其特征在于，所述非晶态FeCo合金前驱体为Fe83.3-xCoxSi4B8P4Cu0.7，其中，x＝0-40at.％。3.根据权利要求1或2所述的利用循环伏安法制备多形貌纳米铁/钴氧化物的方法，其特征在于，所述循环电位由-1.25V到0.6V再回到-1.25V为一个循环周期。4.根据权利要求1所述的利用循环伏安法制备多形貌纳米铁/钴氧化物的方法，其特征在于，所述KOH溶液的浓度为0.5mol/L。5.根据权利要求1或2所述的利用循环伏安法制备多形貌纳米铁/钴氧化物的方法，其特征在于，所述的多形貌纳米铁/钴氧化物为纳米片状羟基氧化铁，或者纳米颗粒状四氧化三铁和花朵状氧化物的共存结构，或者纳米级八面体四氧化三铁，或者纳米级细长叶片状羟基氧化铁和非...

【专利技术属性】
技术研发人员：淡振华，付超群，秦凤香，常辉，
申请(专利权)人：南京工业大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32