一种类芬顿催化反应制备四氧化三钴粉体的方法技术

一种类芬顿催化反应制备四氧化三钴粉体的方法，属于锂离子电池和燃料电池等储能领域，具体涉及一种锂离子电池负极材料四氧化三钴粉体的制备方法。所述的制备方法包括：首先称取少量的钴盐做催化剂，金属钴粉为原料，超声分散于蒸馏水中，然后加入少量30%的过氧化氢溶液。在一定的pH下，钴盐催化过氧化氢产生超氧负离子和羟基自由基强氧化剂，可氧化金属钴粉成四氧化三钴，经离心分离后在烘箱中干燥，研磨后过筛，可得微纳米的四氧化三钴粉体。该方法采用钴粉做原料，没有高温煅烧，节省了热能，可有效的降低生产成本，而且工艺简单、重现性好和易于实施，适合大规模生产。

【技术实现步骤摘要】
一种类芬顿催化反应制备四氧化三钴粉体的方法
本专利技术涉及锂离子电池四氧化三钴粉体材料的制备技术，属于锂离子电池金属氧化物负极材料

技术介绍
随着现代工业的迅速发展，能源短缺和环境污染成为影响当今人类社会发展和生活质量的两大难题。锂离子电池具有能量密度高、循环寿命长、安全性好等优点，已广泛应用于通信、交通、储能等多种领域。目前锂离子电池负极材料石墨的理论容量只有372mAh/g，几乎被发挥到了极限，不能满足高性能电池的应用，难以实现电池能量密度的突破。因此，更高容量、倍率性能和长循环寿命的负极材料成为国内外研究者追逐的目标。其中，过渡金属氧化物四氧化三钴（Co3O4）理论容量是石墨的2～3倍，且其优异的氧化还原性能、多样性的晶体结构和可变的化学价态，广泛应用于电极材料、催化、磁性材料等领域，具有很大的应用前景。目前四氧化三钴粉体的制备方法主要有微乳液法，溶胶-凝胶法，水热法，溶剂热法，沉淀法等。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，利用水热法合成四氧化三钴的制备方法；Zhu等人以硝酸钴，碳酸氢铵，硫酸铵，乙醇为原料，利用沉淀法制备了四氧化三钴(C.Zhu,G.Saito,T.Akiyama,JournalofAlloysandCompounds.646(2015)639-646.)，这些制备方法存在步骤多，设备复杂，热能消耗多，反应条件苛刻等缺点。如水热法的设备成本比较高，操作复杂，反应温度高，难以大规模生产。溶胶-凝胶法是制备的催化剂掺杂组分均匀分布，但是在干燥时液体表面张力会导致孔隙塌陷和收缩，材料机械强度低、成型性差。综上所述，现有的制备四氧化三钴方法，原料成本高，且条件苛刻，方法操作较复杂，能耗高，需要进一步完善。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种类芬顿催化反应制备四氧化三钴粉体的方法。本专利技术是一种类芬顿催化反应制备四氧化三钴粉体的方法，其步骤为：步骤（1）称取一定量的钴粉，少量的钴盐，采用超声的方法将其均匀分散于蒸馏水中；步骤（2）将步骤（1）所得溶液置于烘箱中，调整其pH值在一定的范围内，在其中加入少量30%的过氧化氢溶液，然后控制一定的反应温度；步骤（3）将步骤（2）得到的溶液反应一段时间后，过氧化氢产生的羟基自由基和超氧负离子将钴粉氧化为四氧化三钴；用离心机进行固液分离，固体产物经烘箱干燥后，经研磨可得微纳米的锂离子电池负极材料四氧化三钴。本专利技术的类芬顿催化氧化技术被认为是一种有效的新型高级氧化方法，在催化剂的激发下，双氧水会产生强氧化性的超氧负离子和羟基自由基，是除氟之外最强的无机氧化剂，具有很强的氧化性，且反应条件温和、效率高、操作简单。本专利技术报道了一种制备四氧化三钴粉体材料的方法，该方法原料成本低，能耗低，具有清洁，绿色无污染，工艺简单，易于实施，期望成为新的方法和手段。附图说明图1为实施例制备的四氧化三钴材料的XRD图，图2为实施例制备的四氧化三钴材料的元素钴2P能谱图，图3为实施例制备四氧化三钴材料锂离子电池循环性能图。具体实施方式本专利技术是一种类芬顿催化反应制备四氧化三钴粉体的方法，其步骤为：步骤（1）称取一定量的钴粉，少量的钴盐，采用超声的方法将其均匀分散于蒸馏水中；步骤（2）将步骤（1）所得溶液置于烘箱中，调整其pH值在一定的范围内，在其中加入少量30%的过氧化氢溶液，然后控制一定的反应温度；步骤（3）将步骤（2）得到的溶液反应一段时间后，过氧化氢产生的羟基自由基和超氧负离子将钴粉氧化为四氧化三钴；用离心机进行固液分离，固体产物经烘箱干燥后，经研磨可得微纳米的锂离子电池负极材料四氧化三钴。以上所述的类芬顿催化反应制备四氧化三钴粉体的方法，钴盐为氯化钴，或者硝酸钴，或者硫酸钴，或者乙酸钴，或者碳酸钴，或者草酸钴，或者磷酸钴，或者乙酰丙酮钴，或者是以上所述钴盐的一种或组合。以上所述的类芬顿催化反应制备四氧化三钴粉体的方法，步骤（1）中，钴盐的用量为钴粉用量的1%～8%。以上所述的类芬顿催化反应制备四氧化三钴粉体的方法，步骤（2）中，30%过氧化氢的用量为步骤（1）所得溶液体积的1%～10%。以上所述的类芬顿催化反应制备四氧化三钴粉体的方法，步骤（2）中，加入30%过氧化氢后，整个体系的反应温度在10～50℃下反应。以上所述的类芬顿催化反应制备四氧化三钴粉体的方法，步骤（2）中，所述溶液的pH值为4.0～11.0。以上所述的类芬顿催化反应制备四氧化三钴粉体的方法，步骤（3）中，反应时间为12～72h。为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有的技术方案，下面结合几个实施例对本专利技术予以进一步说明，但不因此而限制本专利技术。凡是对本专利技术技术方案进行修改或者等同替换与修饰，而不脱离本专利技术技术方案的精神和范围，均应涵盖在本专利技术的保护范围中。实施例1：称取1.0g钴粉和0.01g硝酸钴，在超声的作用下将其均匀分散在20ml蒸馏水中；然后加入2ml的过氧化氢溶液，并将所得溶液置于30℃的烘箱中，以200r/min磁力搅拌，保持pH值为5，反应48小时；将溶液经离心进行固液分离，在烘箱中100℃下干燥后经研磨过筛，可得微纳米的四氧化三钴粉体。实施例2：称取2.0g钴粉和0.015g草酸钴，在超声的作用下将其均匀分散在40ml蒸馏水中；然后加入5ml的过氧化氢溶液，并将所得溶液置于20℃的烘箱中，保持pH值为6，反应36小时；将溶液经离心进行固液分离，在烘箱中110℃下干燥后经研磨过筛，可得微纳米的四氧化三钴粉体。实施例3：称取1.5g钴粉和0.01g乙酰丙酮钴，在超声的作用下将其均匀分散在30ml蒸馏水中；然后加入3ml的过氧化氢溶液，并将所得溶液置于40℃的烘箱中，保持pH值为8，反应56小时；将溶液经离心进行固液分离，在烘箱中120℃下干燥后经研磨过筛，可得微纳米的四氧化三钴粉体。实施例4：称取3.0g钴粉和0.02g磷酸钴，在超声的作用下将其均匀分散在40ml蒸馏水中；然后加入4ml的过氧化氢溶液，并将所得溶液置于50℃的烘箱中，保持pH值为10，反应70小时；将溶液经离心进行固液分离，在烘箱中120℃下干燥后经研磨过筛，可得微纳米的四氧化三钴粉体。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种类芬顿催化反应制备四氧化三钴粉体的方法，其特征在于，其步骤为：/n步骤（1）称取一定量的钴粉，少量的钴盐，采用超声的方法将其均匀分散于蒸馏水中；/n步骤（2）将步骤（1）所得溶液置于烘箱中，调整其pH值在一定的范围内，在其中加入少量30%的过氧化氢溶液，然后控制一定的反应温度；/n步骤（3）将步骤（2）得到的溶液反应一段时间后，过氧化氢产生的羟基自由基和超氧负离子将钴粉氧化为四氧化三钴；用离心机进行固液分离，固体产物经烘箱干燥后，经研磨可得微纳米的锂离子电池负极材料四氧化三钴。/n

【技术特征摘要】
1.一种类芬顿催化反应制备四氧化三钴粉体的方法，其特征在于，其步骤为：
步骤（1）称取一定量的钴粉，少量的钴盐，采用超声的方法将其均匀分散于蒸馏水中；
步骤（2）将步骤（1）所得溶液置于烘箱中，调整其pH值在一定的范围内，在其中加入少量30%的过氧化氢溶液，然后控制一定的反应温度；
步骤（3）将步骤（2）得到的溶液反应一段时间后，过氧化氢产生的羟基自由基和超氧负离子将钴粉氧化为四氧化三钴；用离心机进行固液分离，固体产物经烘箱干燥后，经研磨可得微纳米的锂离子电池负极材料四氧化三钴。


2.根据权利要求1所述的类芬顿催化反应制备四氧化三钴粉体的方法，其特征在于，钴盐为氯化钴，或者硝酸钴，或者硫酸钴，或者乙酸钴，或者碳酸钴，或者草酸钴，或者磷酸钴，或者乙酰丙酮钴，或者是以上所述钴盐的一种或组合。


3....

【专利技术属性】
技术研发人员：李世友，宋如，崔孝玲，张栋强，东红，丁浩，李春雷，王诗敏，芦红莉，
申请(专利权)人：兰州理工大学，
类型：发明
国别省市：甘肃;62