一种通过低共熔型离子液体制备四氧化三钴材料的方法技术

本发明专利技术公开一种通过低共熔型离子液体制备四氧化三钴材料的方法，属于无机功能材料制备领域，包括以下步骤：步骤1)配制低共熔型离子液体，将钴盐加入其中，磁力搅拌制备得到深蓝色的离子液体

【技术实现步骤摘要】
一种通过低共熔型离子液体制备四氧化三钴材料的方法


[0001]本专利技术属于无机功能材料制备
，具体涉及一种通过低共熔型离子液体制备四氧化三钴材料的方法。

技术介绍

[0002]四氧化三钴外观呈灰黑色或者黑色，不溶于水、盐酸、硝酸、王水，能缓慢溶解于热硫酸中。四氧化三钴是一种拥有独特结构和特殊性能的功能材料，是当下用于制造锂离子电池正极材料钴酸锂的主要原材料。同时，四氧化三钴粉末也广泛应用于催化剂、超级电容器、硬质合金、无机颜料、压敏陶瓷等领域。
[0003]四氧化三钴材料的制备方法比较多，传统的方法有均匀沉淀法、室温固相反应法、机械球磨法、水热法等，目前，已经实现工业化生产的方法主要为湿法沉淀
‑
煅烧法，即在控制温度、pH值等工艺条件下，以碳酸氢氨(氢氧化钠)为沉淀剂，生成碱式碳酸钴(前驱体)沉淀，经过滤、洗涤和干燥后，在873K左右高温煅烧，得到四氧化三钴粉末。近几年国内外又出现了一些新的制备方法，如喷雾热分解法、还原氧化法、溶剂热法、(ISC
‑
Co)热分解法、有机物改性煅烧法等。但这些方法多处于实验室研究阶段，且工艺复杂，原料使用种类多且复杂而导致其生产成本偏高、污染较大。

技术实现思路

[0004]为解决上述现有技术存在的问题，本专利技术提供一种通过低共熔型离子液体制备四氧化三钴材料的方法。与传统水体系相比，离子液体完全由阴阳离子构成，无质子干扰，其独特的氢键有序结构和软模板效应，在纳米功能材料的制备中起到了重要作用。本专利技术利用低共熔型离子液体的性质特点，通过使用低共熔型离子液体一步电沉积+煅烧法即可得到四氧化三钴产品，且电镀液体系能多次重复使用。在制备过程中无污染物产生，绿色环保。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0006]一种通过低共熔型离子液体制备四氧化三钴材料的方法，包括以下步骤：
[0007](1)制备低共熔型离子液体，将钴盐加入其中，磁力搅拌制备得到深蓝色的离子液体
‑
钴盐复合电镀液；
[0008](2)采用离子液体
‑
钴盐复合电镀液进行电沉积，在阴极得到含钴镀层，洗涤、干燥后，即得到墨绿色的自支撑型含钴前驱体；若刮下镀层进行研磨，可得到的含钴前驱体粉末；
[0009](3)对自支撑型含钴前驱体进行煅烧处理，即可得到灰黑色的四氧化三钴。
[0010]进一步地，步骤(1)所述低共熔型离子液体为氯化胆碱
‑
乙二醇混合得到的Ethaline体系、氯化胆碱
‑
丙三醇混合得到的Glyceline体系或者氯化胆碱
‑
尿素混合得到的Reline体系中的一种。
[0011]氯化胆碱与乙二醇的摩尔比为1:2或1:3。
[0012]氯化胆碱与丙三醇的摩尔比为1:2或1:3。
[0013]氯化胆碱与尿素的摩尔比为1:2或1:3。
[0014]进一步地，步骤(1)所述钴盐为六水合硝酸钴或无水硝酸钴，其在低共熔型离子液体中溶解得到的钴盐电解液的浓度在0.1
‑
0.5mol/L之间。
[0015]进一步地，步骤(2)所述电沉积采用两电极体系，包括一个阴极和两个阳极；其中阴极为铜片或碳纸，双阳极为惰性材料。惰性材料为石墨板、铅银合金等。
[0016]进一步地，步骤(2)所述铜片的前处理过程：先由95％无水乙醇冲洗除脂、2M盐酸超声5
‑
10min除去表面氧化物，后用纯水冲洗；所述碳纸前处理过程：分别用95％无水乙醇和2M盐酸超声处理10min除去表面油脂和氧化物，后用1％的硝酸浸泡12h，用纯水冲洗干净，烘干备用。
[0017]进一步地，步骤(2)所述电沉积温度为333
‑
373K，电流密度为0.5
‑
10mA
·
cm
‑2，沉积时间为1
‑
96h。
[0018]步骤(2)中所述洗涤为将镀层用纯度为95％的无水乙醇、纯水反复清洗2
‑
3次，以清除表面杂质、冷风干燥。
[0019]进一步地，将钴氢氧化物前驱体放置于辊道窑中，空气气氛下，从室温升温至573
‑
773K，升温速率为5
‑
50℃/min，并保温2
‑
4h，降至室温，即得到灰黑色的四氧化三钴。
[0020]利用上述方法，本专利技术不仅提供一种四氧化三钴粉末，还提供一种高性能的自支撑型四氧化三钴电极材料。所述四氧化三钴粉末粒径为纳米级，比表面积为12.15
‑
36.2m2/g，自支撑型的四氧化三钴电极可用作高效的催化析氧电极，能在0.5mol/LH2SO4中稳定工作。
[0021]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0022]本专利技术通过使用低共熔型离子液体一步电沉积制备前驱体，进而通过煅烧即可得到四氧化三钴产品，具有操作方法简单、反应条件温和、反应过程可控；沉积过程无副反应发生因而其反应能耗低，由于低共熔溶剂本身属于绿色环保型溶剂，且电镀液的配制仅需加入上述钴盐而无需使用任何添加剂，故其生产成本低且过程基本无污染等优点。所使用的离子液体电镀液可多次沉积制备前驱体，具有可重复操作性且绿色环保；煅烧得到纳米级四氧化三钴粉末的比表面积在12.15
‑
36.2m2/g之间，可直接用作电池正极的制备原料。同时，煅烧得到的自支撑型的四氧化三钴产品具有良好的酸性催化析氧活性。
附图说明
[0023]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0024]图1为实施例1制备的四氧化三钴前驱体的实物图及SEM图；其中a为钴化合物铜基衬底的实物图，b为前驱体粉末的实物图，c为前驱体粉末的SEM图；
[0025]图2为实施例1制备的四氧化三钴的实物图和SEM图；其中a、b和c分别为四氧化三钴粉末的实物图和SEM图，d、e和f分别为四氧化三钴镀层的实物图和SEM图；
[0026]图3为实施例1制备出的四氧化三钴粉末和前驱体粉末的XRD图；
[0027]图4为实施例11制备出的自支撑型四氧化三钴电极的酸性析氧性能测试图。
具体实施方式
[0028]现详细说明本专利技术的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本专利技术的限制，而应理解为是对本专利技术的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。
[0029]应理解本专利技术中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本专利技术。另外，对于本专利技术中的数值范围，应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种通过低共熔型离子液体制备四氧化三钴材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)制备低共熔型离子液体，将钴盐加入其中，磁力搅拌制备得到深蓝色的离子液体
‑
钴盐复合电镀液；(2)采用离子液体
‑
钴盐复合电镀液进行电沉积，在阴极得到含钴镀层，洗涤、干燥后即可得到墨绿色的钴氢氧化物前驱体；(3)对钴氢氧化物前驱体进行煅烧处理，即可得到灰黑色的四氧化三钴。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述低共熔型离子液体为氯化胆碱
‑
乙二醇混合得到的Ethaline体系、氯化胆碱
‑
丙三醇混合得到的Glyceline体系或者氯化胆碱
‑
尿素混合得到的Reline体系中的一种。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述钴盐为六水合硝酸钴或无水硝酸钴，其在低共熔型离子液体中溶解得到的钴盐电解液的浓度在0.1
‑
0.5mol/L之间。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)所述电沉积采用两电极体系，包括一个阴极和两个阳极；其中阴极为铜片或碳纸，双阳极为惰性材料。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤(2)所述铜片的前处理过程：...

【专利技术属性】
技术研发人员：张启波，李秀湖，邓蓉蓉，王朝武，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：