制备温控条件下可实现磁性转变的纳米Co3O4磁性材料方法技术

本发明专利技术属于无机纳米材料制备领域，尤其涉及一种制备温控条件下可实现磁性转变的磁性Co3O4纳米材料的方法，将六水合二氯化钴和柠檬酸在混合醇溶液充分溶解，边搅拌边加入草酸钠溶液，超声波下震荡处理，转移至自压釜内进行溶剂热反应，自然冷却后，经过超声洗涤、分离、真空干燥，得到目标物；所述混合醇分别为正丁醇和乙二醇、正辛醇和乙二醇、正丁醇和正辛醇、正辛醇和聚乙二醇(1000)以及乙二醇和聚乙二醇(1000)的混合物。二醇(1000)的混合物。二醇(1000)的混合物。

【技术实现步骤摘要】
制备温控条件下可实现磁性转变的纳米Co3O4磁性材料方法


[0001]本专利技术属于无机纳米材料制备领域，尤其涉及一种制备磁性Co3O4纳米材料的方法。

技术介绍

[0002]磁性纳米材料(Fe3O4，CoFe2O4，Co3O4等)的制备以及其在环境工程、材料科学、化学工程、环境保护、医学科学等领域的应用研究发展迅速。磁性纳米粒子除具有体相物质的理化性质外，还具有顺磁性、铁磁性和反铁磁性，这些特性有利于应用在异相催化、传感器、陶瓷、能源材料、光电材料等领域。Co3O4等是锂电池电极材料的主要原料，而磁性Co3O4粒子具有一定的磁响应性，在磁分离载体、磁性控制光子晶体等方面引起了人们的研究兴趣。磁性Co3O4粒子必须满足粒径均一、尺寸可控、在溶液中具有好的分散性等特点。开发简单有效地方法制备表面电荷密度高、水溶液分散性好、胶体稳定性好、并且可以功能化的的纳米Co3O4粒子制备方法具有重要意义。

技术实现思路

[0003]本专利技术旨在提供一种工艺简单，制备成本低，分散性能理想，收率高的制备温控条件下可实现磁性转变的磁性Co3O4纳米粒子的方法。本专利技术所制备磁性Co3O4纳米粒子形貌具有较规则的几何形状，具有反铁磁性，溶剂热温度超过150℃时表现为顺磁性。
[0004]为解决上述技术问题，本专利技术是这样实现的：制备温控条件下可实现磁性转变的纳米Co3O4磁性材料方法，系将六水合二氯化钴和柠檬酸在混合醇溶液充分溶解，边搅拌边加入草酸钠溶液，超声波下震荡处理，转移至自压釜内进行溶剂热反应，自然冷却后，经过超声洗涤、分离、真空干燥，得到目标物。
[0005]作为一种优选方案，本专利技术所述混合醇分别为正丁醇和乙二醇、正辛醇和乙二醇、正丁醇和正辛醇、正辛醇和聚乙二醇(1000)以及乙二醇和聚乙二醇(1000)的混合物。
[0006]进一步地，本专利技术所述六水合二氯化钴、柠檬酸、混合醇溶液和草酸钠的质量比依次为1:1~3:0.2~5: 0.5~2。
[0007]进一步地，本专利技术所述六水合二氯化钴的浓度为0.03~0.8 g/mL。
[0008]进一步地，本专利技术所述搅拌温度为70℃，搅拌时间为2小时。
[0009]进一步地，本专利技术所述超声波下震荡处理的振动频率为80~100赫兹，时间为20~30秒。
[0010]进一步地，本专利技术所述溶剂热反应温度为120~240 ℃，反应时间为6~24小时。
[0011]进一步地，本专利技术所述超声洗涤和分离步骤包括：（1）去掉上层清液，在磁力搅拌情况下，将底部黑色物质分别用无水乙醇和去离子水超声洗涤，再将所得混合物转移至烧杯中；（2）在磁力作用下去除上清液，重复上述分离操作2次，最后将黑色产物分散在去离子水中。
[0012]进一步地，本专利技术所述真空干燥条件：温度控制在60~80℃；真空度控制在
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100 Kpa；时间为1~4小时。
[0013]与现有技术相比，本专利技术具有如下特点：（1）磁性Co3O4纳米粒子形貌是较规则的几何形状（近球形和片状），其粒径范围20～600纳米具有反铁磁性。
[0014]（2）粒子的合成及其物理化学性质影响其应用，常见的Co3O4粒子的合成方法有氧化还原法、分解法和电化学法等。本专利技术涉及的磁性Co3O4纳米粒子的合成方法简单，便于生产，且环境友好。混合醇的组成和比例可以调控所得粒子的形貌，通过多级醇和多元醇的含量控制所得磁性Co3O4纳米粒子由片状结构转变成类球状结构，且球状粒子的粒径逐渐增大，可控制备出不同比表面积的纳米粒子。
[0015]（3）溶剂热温度影响磁性Co3O4纳米粒子的磁性，温度为150℃时实现由反铁磁性向顺磁性转变。Co3O4粒子表面经过修饰后，可以应用在电化学、陶瓷、磁学和催化等领域。
附图说明
[0016]下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步说明。本专利技术的保护范围不仅局限于下列内容的表述。
[0017]图1为实施例1所制备的磁性Co3O4纳米粒子的SEM照片。
[0018]图2为实施例2所制备的磁性Co3O4纳米粒子的SEM照片。
[0019]图3为实施例3所制备的磁性Co3O4纳米粒子的XRD图。
[0020]图4为实施例4所制备的磁性Co3O4纳米粒子的SEM照片。
[0021]图5为实施例5所制备的磁性Co3O4纳米粒子的SEM照片。
具体实施方式
[0022]实施例1将正丁醇和乙二醇按照体积比为1:0.5充分混合后在80℃下搅拌3小时混合均匀后制成混合醇再使用。将六水合二氯化钴，柠檬酸按照质量比充分溶解在混合醇溶液中，六水合二氯化钴的浓度为0.2 g/mL。边搅拌边加入0.3 g/mL的草酸钠溶液，搅拌温度为70℃，搅拌时间为2小时，六水合二氯化钴，柠檬酸，混合醇和草酸钠溶液质量比为1:1:1:1。超声震荡20秒，振动频率为80~100赫兹，得到混合物，将上述混合物转移至自压釜内进行溶剂热反应，反应温度为200℃，反应时间为10小时。洗涤分离真空干燥即得目的产物。其中，超声洗涤和分离步骤包括：（1）去掉上层清液，在磁力搅拌情况下，将底部黑色物质分别用无水乙醇和去离子水超声洗涤，再将所得混合物转移至烧杯中；（2）在磁力作用下去除上清液，重复上述分离操作2次，最后将黑色产物分散在去离子水中。所述真空干燥条件：温度控制在80℃；真空度控制在
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100 Kpa；时间为3小时。所制备的磁性Co3O4纳米粒子形貌是20～200纳米的片状结构。磁性Co3O4粒子的磁分离富集回收速度较快，在磁力搅拌器搅拌下，富集分离1g/10mL Co3O4水溶液中的Co3O4纳米粒子的回收率为90.1%。
[0023]实施例2将正辛醇和乙二醇按照体积比为1:1充分混合后在80 ℃下搅拌3小时混合均匀后制成混合醇再使用。将六水合二氯化钴，柠檬酸按照质量比充分溶解在混合醇溶液中，六水
合二氯化钴的浓度为0.2 g/mL。边搅拌边加入0.3 g/mL的草酸钠溶液，搅拌温度为70℃，搅拌时间为2小时，六水合二氯化钴，柠檬酸，混合醇和草酸钠溶液质量比为1:2:2:1。超声震荡20秒，振动频率为80~100赫兹，得到混合物，将上述混合物转移至自压釜内进行溶剂热反应，反应温度为200℃，反应时间为10小时。洗涤分离真空干燥即得目的产物。其中，超声洗涤和分离步骤包括：（1）去掉上层清液，在磁力搅拌情况下，将底部黑色物质分别用无水乙醇和去离子水超声洗涤，再将所得混合物转移至烧杯中；（2）在磁力作用下去除上清液，重复上述分离操作2次，最后将黑色产物分散在去离子水中。所述真空干燥条件：温度控制在70℃；真空度控制在
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100 Kpa；时间为3小时。所制备的磁性Co3O4纳米粒子形貌是50
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200纳米的近球状结构。磁性Co3O4粒子的磁分离富集回收速度较快，在磁力搅拌器搅拌下本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种制备温控条件下可实现磁性转变的纳米Co3O4磁性材料方法，其特征在于：将六水合二氯化钴和柠檬酸在混合醇溶液充分溶解，边搅拌边加入草酸钠溶液，超声波下震荡处理，转移至自压釜内进行溶剂热反应，自然冷却后，经过超声洗涤、分离、真空干燥，得到目标物。2.根据权利要求1所述一种制备温控条件下可实现磁性转变的纳米Co3O4磁性材料方法，其特征在于：所述混合醇分别为正丁醇和乙二醇、正辛醇和乙二醇、正丁醇和正辛醇、正辛醇和聚乙二醇以及乙二醇和聚乙二醇的混合物。3. 根据权利要求2所述一种制备温控条件下可实现磁性转变的纳米Co3O4磁性材料方法，其特征在于：所述六水合二氯化钴、柠檬酸、混合醇溶液和草酸钠的质量比依次为1:1~3:0.2~5: 0.5~2。4. 根据权利要求3所述一种制备温控条件下可实现磁性转变的纳米Co3O4磁性材料方法，其特征在于：所述六水合二氯化钴的浓度为0.03~0.8 g/mL。5.根据权利要求4所述一种制备温控条件下可实现磁性转变的纳米Co3O4磁性材料方法，其特征在于：搅拌温度为70℃，搅拌时间为2小时...

【专利技术属性】
技术研发人员：常明琴，高远，杨景舒，夏云生，李阳，张红，
申请(专利权)人：渤海大学，
类型：发明
国别省市：