一种大粒径壳核结构钴颗粒的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种大粒径壳核结构钴颗粒的制备方法，包括如下步骤：将钴盐溶于去离子水中配制成钴离子溶液，将酒石酸钾钠溶于去离子水中配制成酒石酸钾钠溶液，将钴离子溶液与酒石酸钾钠溶液混合均匀，并加入碱液调节混合溶液的pH；在混合溶液中加入十六烷基三甲基溴化铵，采用机械搅拌，使之充分溶解；将混合液加热，当温度达到40～70℃时，加入水合肼溶液进行反应，反应结束后，收集反应物粉末，即得到大粒径壳核结构钴颗粒。本发明专利技术方法简单，钴颗粒材料具有高表面积，可用在电磁屏蔽、电磁兼容，燃料电池催化等领域。

A preparation method of cobalt particles with large size shell core structure

【技术实现步骤摘要】
一种大粒径壳核结构钴颗粒的制备方法
本专利技术涉及材料
，具体涉及一种大粒径壳核结构钴颗粒的制备方法。
技术介绍
作为一种传统的磁性材料，钴颗粒由于其优良的光、电、磁等物化特性，广泛应用在航空航天、电子器件、医疗等军民领域，目前是磁性材料领域的研究热点问题，已引起广大科研工作者的普遍关注。壳核结构钴颗粒是一种特殊钴颗粒材料，由于这种颗粒表面与内部在材料、结构等方面存在差异往往展现出不同的性能，如Co@SiO2材料表面为钴层，内部为二氧化硅，可用在电磁吸波领域，可同时充分利用钴材料磁损耗与二氧化硅材料介电损耗以达到衰减电磁波的目的。空心钴材料其表面为钴层，内部为空气，这种材料具有轻质的特点，同时增加内表面，导致整体表面增加，可用在化学催化领域。壳核结构钴颗粒令人鼓舞的特性激发了科研工作者的研发热情，探索不同方法制备出壳核结构钴颗粒。Co@SiO2类型的壳核结构制备方法是选用合适的模板，采用化学镀、电镀及蒸镀等方法在表面沉积钴层，形成壳核结构。空心钴材料则在Co@SiO2类型的壳核结构制备方法基础之上，采用适当的方法去除模板，则形成空心结构。对于空心钴材料来说，其模板的选择至关重要，既要确保钴层可顺利沉积，又要保证模板去除方便，不过度破坏钴层，这样才能形成完整的空心钴结构。这两种制备壳核结构钴颗粒的方法缺点受制于模板性质。首先，粒径受模板影响；其次模板材料选择影响沉积工艺，如模板选择非金属或者有机物，在沉积钴层之前需对模板进行活化、敏化过程。对于空心钴材料来说，成功沉积钴层后，还需要去除模板的工艺，工艺繁琐，难以推广。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了解决上述问题而提供一种大粒径壳核结构钴颗粒的制备方法，通过利用水合肼在碱性环境中的强还原性，还原络合态钴离子，在表面活性剂作用下形成壳核结构钴颗粒。本专利技术的目的通过以下技术方案实现：一种大粒径壳核结构钴颗粒的制备方法，包括如下步骤：(1)将钴盐溶于去离子水中配制成钴离子溶液，将酒石酸钾钠溶于去离子水中配制成酒石酸钾钠溶液，将钴离子溶液与酒石酸钾钠溶液混合均匀，并加入碱液调节混合溶液的pH为8-13，其中，所述酒石酸钾钠与钴离子的质量比为1～6：1；(2)在步骤(1)的混合溶液中加入十六烷基三甲基溴化铵，采用机械搅拌，使之充分溶解；(3)将步骤(2)的混合液加热，当温度达到40～70℃时，加入水合肼溶液进行反应，反应结束后，收集反应物粉末，即得到大粒径壳核结构钴颗粒。本专利技术以酒石酸钾钠为络合剂，与钴离子形成络合物，从而确保钴离子在碱性溶液中能够稳定存在，钴盐与酒石酸钾钠的质量比例控制是本专利技术的关键之一。本专利技术钴盐与酒石酸钾钠的质量比例控制在1-6之间，如果比例小于1，酒石酸钾钠起不到络合作用，则在碱性环境中出现大量氢氧化钴沉淀，则反应过程中与水合肼反应的则为氢氧化钴，而不是络合态的钴离子，因此不能形成本申请涉及的壳核结构钴颗粒；如果钴盐与酒石酸钾钠比例大于6，则酒石酸钾钠具有较强的络合能力，减小反应速度，使得钴离子不能尽快转化成钴原子析出，也不能形成本申请涉及的壳核结构钴颗粒。另外除作为络合剂使用外，酒石酸钾钠还有一个重要作用，即作为阴离子表面活性剂与十六烷基三甲基溴化铵这一阳离子表面活性剂相互配合，在反应液中可形成有利于核壳结构钴颗粒生成的空间结构，如果酒石酸钾钠添加比例不当，则不利于这种空间结构形成，最终不能形成核壳结构的钴颗粒，因此本专利技术制备方法将钴盐与酒石酸钾钠质量比例控制在1-6之间时，最终有利于核壳结构的形成。步骤(3)中反应的温度也是本专利技术的关键工艺参数。反应温度不能过低，过低则反应不能进行；反应温度也不能过高，过高则加速反应进行，使钴原子析出过快，均不能形成核壳结构钴颗粒。另外酒石酸钾钠与十六烷基三甲基溴化铵形成的空间结构为阴、阳离子之间的互相叠加搭建，若反应温度过高，则使得阴、阳离子运动加快，不利于空间结构的形成，因此本申请将反应温度控制在40-70℃之间。在制备过程中应避免各种搅拌，通过搅拌可促使反应液在反应过程中确保浓度均匀，但在本专利技术范围内反应液浓度均匀则不利于壳核结构钴颗粒形成，这是由于搅拌导致酒石酸钾钠与十六烷基三甲基溴化铵形成空间结构遭到破坏所致。此外，加热方式采用水热方式，这样确保反应液温度保持均匀。还有应避免采用磁力搅拌装置搅拌加热，避免磁力搅拌装置磁场的影响。优选地，所述钴盐选自氯化钴、硫酸钴或硝酸钴，配制成0.05～0.2mol/L的钴离子溶液，钴盐主要作为钴源提供钴离子，选择短链结构的阴离子钴盐，如氯离子、硫酸根离子、硝酸根离子，避免使用长链结构的阴离子钴盐，如醋酸钴，苯磺酸钴等有机物钴盐，可消除阴离子链过长导致对酒石酸钾钠和十六烷基三甲基溴化铵的影响。优选地，所述碱液为NaOH或KOH溶液，浓度为1～10mol/L，使混合溶液颜色呈透明红色或深红色。碱液主要用于调节反应液的pH值8-13。如果用量少，则导致反应液pH过小，导致反应速度减小，钴原子析出速度减慢；如果用量过多，则导致反应液pH过大，使反应液反应速度过快，钴原子析出速度过快，因此过小或过大均不利于形成核壳结构钴颗粒。优选地，步骤(2)所述十六烷基三甲基溴化铵相对于混合溶液的用量为10-30g/L，进一步优选为12g/L，十六烷基三甲基溴化铵为表面活性剂。优选地，步骤(3)所述水合肼溶液相对于混合溶液的用量为10-100mL/L，进一步优选为20mL/L，水合肼为还原剂，用于还原钴离子。优选地，步骤(3)加入水合肼溶液进行反应，反应液颜色由透明红色或深红色逐渐变浅时反应结束。本专利技术的反应机理为：壳核结构钴颗粒的形成主要是由于酒石酸钾钠与十六烷基三甲基溴化铵在阴、阳离子相互作用下形成独特的空间结构，同时通过控制反应物浓度、配比及反应温度等工艺参数，调节钴离子转化钴原子速度，使钴原子按照一定的沉积速度在空间结构上有序沉积，并且随着反应的进行，由于反应液中反应物的浓度、配比发生变化，空间结构和钴原子沉积速度也在相应地发生“动态”改变，最终形成了内外形貌不一的壳核结构钴颗粒，且核为多级跨尺度的片层结构。因此，欲形成这种壳核结构钴颗粒，一是要形成这种独特的空间结构作为模板，二是要合理控制钴原子沉积速度，而要满足以上两点，均须对反应液及工艺参数提出较高的要求，而采用本专利技术公开的制备方法及特定原料选择、原料比例的控制，可制备得到性质较优的壳核结构钴颗粒产品。本专利技术提出的壳核结构钴颗粒材料的制备方法，通过利用水合肼在碱性环境中强还原性还原络合态钴离子，在表面活性剂调控下成功制备出具有特殊形貌的壳核结构钴颗粒，其表面为钴层，内部为钴片层结构，制备过程简单，这种特殊形貌钴颗粒材料具有高表面积，可用在电磁屏蔽、电磁兼容，燃料电池催化等领域。本专利技术具有以下有益效果：(1)钴颗粒为壳核结构，且核为钴纳米片组装而成，这与现有技术成果有显著不同，且并未见类似形貌报道。这种结构的钴颗粒表面积更大，同样条件下用于催化效果更好；(2)钴颗粒为大粒径，直径为50～100μ本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种大粒径壳核结构钴颗粒的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：/n(1)将钴盐溶于去离子水中配制成钴离子溶液，将酒石酸钾钠溶于去离子水中配制成酒石酸钾钠溶液，将钴离子溶液与酒石酸钾钠溶液混合均匀，并加入碱液调节混合溶液的pH为8-13，其中，所述酒石酸钾钠与钴离子的质量比为1～6：1；/n(2)在步骤(1)的混合溶液中加入十六烷基三甲基溴化铵，采用机械搅拌，使之充分溶解；/n(3)将步骤(2)的混合液加热，当温度达到40～70℃时，加入水合肼溶液进行反应，反应结束后，收集反应物粉末，即得到大粒径壳核结构钴颗粒。/n

【技术特征摘要】
1.一种大粒径壳核结构钴颗粒的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将钴盐溶于去离子水中配制成钴离子溶液，将酒石酸钾钠溶于去离子水中配制成酒石酸钾钠溶液，将钴离子溶液与酒石酸钾钠溶液混合均匀，并加入碱液调节混合溶液的pH为8-13，其中，所述酒石酸钾钠与钴离子的质量比为1～6：1；
(2)在步骤(1)的混合溶液中加入十六烷基三甲基溴化铵，采用机械搅拌，使之充分溶解；
(3)将步骤(2)的混合液加热，当温度达到40～70℃时，加入水合肼溶液进行反应，反应结束后，收集反应物粉末，即得到大粒径壳核结构钴颗粒。


2.根据权利要求1所述的一种大粒径壳核结构钴颗粒的制备方法，其特征在于，所述钴盐选自氯化钴、硫酸钴或硝酸钴，配制成0.05～0.2mol/L的钴离子...

【专利技术属性】
技术研发人员：温术来，李向红，孙亮，赵寰宇，范家斌，诺力格尔，李鹏斐，刘颖，
申请(专利权)人：上海铁路通信有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31