本发明专利技术提供了一种四氧化三钴柱状结构材料及其制备方法，属于无机材料领域。该制备方法具体包括：在乙酸钴的水溶液中，加入一定体积比的丙三醇，充分混合，再加入适量的尿素作为沉淀剂，分散均匀，将混合溶液密封于高压釜，在特定的温度反应一定时间，抽滤，洗涤，干燥，空气中置于马弗炉中煅烧即得柱状结构的四氧化三钴。该方法操作工艺简单、产率高、成本低、不添加任何表面活性剂、无污染，制得的四氧化三钴形貌规整、分散均一、颗粒密度高，因此有望在锂离子电池、超级电容器、气敏、生物传感和催化等诸多领域得到广泛的应用。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及无机材料领域，具体地，本专利技术涉及一种四氧化三钴材料及其制备方法。
技术介绍
Co3O4粉末外观呈黑色或灰黒色，理论钴含量为73. 43%，氧含量26. 57%，松装密度0.5^1. 5g/cm3,振实密度6. 0 6. 2g/cm3。Co3O4作为ー种典型的尖晶石型过渡金属氧化物， 由于其特殊的结构和性能，在电化学、催化剂、气敏、生物传感、磁性材料和电致变色薄膜等领域有着广泛的应用。目前文献报道的Co3O4粉末的制备方法比较多，有溶剂热法、喷雾热分解法、还原氧化法、均匀沉淀法、机械球磨法、室温固相反应法和水热法等，其中采用溶剂热法是使溶剂处于高于其临界点的温度和压力，因而可以溶解大多数物质，使常规条件下不能发生的反应可以进行，或者加速进行，而且在反应过程中可以控制晶体的生长，得到不同形貌的产品，该方法还具有能耗低、分散均一、不易团聚等优点，因此受到广大科研工作者的亲睐。中国专利(CN102491431A)公开了ー种微波ー步法制备四氧化三钴八面体的方法，该专利技术采用了微波制备法，即把钴盐和硫脲按一定物质的量之比进行混合，以こニ醇为溶剂，加入适量的吸波碳材料，在一定的微波条件下反应得到规则八面体形状的四氧化三钴。该方法具有操作简单、反应时间短、易得和无污染等优点，但是该材料纯度不高，且易团聚，用作功能材料时，上述缺陷对材料的性能影响很大，无法达到エ业化应用要求。中国专利(CN102145922A)公开了ー种四氧化三钴花瓣状曲面纳米结构的制备方法，该专利技术采用了直接氧化法，即把钴片放置于纯氧气氛的管式炉中，在氧气氛下通入适量的水蒸气，通过控制反应器温度、纯氧气氛的流速、水蒸气的补给量等直接生产出花瓣状曲面结构的四氧化三钴。这种直接氧化法制备的四氧化三钴，形貌呈花瓣状，大大提高了材料的比表面积，使得材料与电解液的接触面积更大，有利于提高锂离子电池的电化学性能，但纯氧气氛增加了生产的危险性，且该方法生产效率低，成本高，无法实现大規模生产。中国专利(CN101348283A)公开了ー种四氧化三钴纳米管及纳米晶的溶剂热合成方法，该专利技术采用了溶剂热法，即以环己烷作为反应溶剤，将ニ价的钴盐以一定的浓度溶于其中，加入氨水作为络合剂和沉淀剂，在高压釜中一定温度反应一段时间直接生产出四氧化三钴纳米管及纳米晶。这种方法制备的四氧化三钴具有形貌可控、分布均一、结晶度高等典型溶液热法的优点，但是该方法反应温度为22(T260°C，増加了生产的能耗，使得产品成本提高，且生产过程中产生大量含氨根的废水需要处理，涉及的环保问题有待解決。
技术实现思路
本专利技术的目的之一在于针对目前四氧化三钴合成方法的缺陷，提供了一种四氧化三钴柱状结构材料的溶剂热合成方法，这种方法不但具有形貌可控、分布均一、结晶度高和能耗低等典型的溶液热法的优点，而且克服了溶剂热法产率低、纯度不高和形貌不均一等缺陷，适合大规模エ业化生产。所述四氧化三钴柱状结构材料的制备方法包括将こ酸钴水溶液与丙三醇以irsi的体积比进行混合，加入尿素混合，然后将混合溶液置于密封反应器中反应，煅烧所得前驱物得到四氧化三钴柱状结构材料。优选地，所述反应温度为130 210で；优选地，所述反应时间为至少3小时； 优选地，所述煅烧温度为20(T500°C ； 优选地，所述煅烧时间为至少I. 5小吋。优选地，所述四氧化三钴柱状结构材料的制备方法包括以下步骤(I)将こ酸钴水溶液与丙三醇以I:广8:1的体积比进行混合，加入尿素，混合；(2)将步骤(I)得到的混合溶液加入至密封反应器，于13(T210°C下反应至少3小时；(3)对步骤(2)所得沉淀除杂；(4)将步骤(3)干燥所得前驱物于20(T50(TC煅烧至少I. 5小时，所得黒色粉末即为柱状结构四氧化三钴。优选地，所述こ酸钴水溶液中こ酸钴浓度为0. ro. 8mol/L,例如0. llmol/L、0. 12mol/L、0. 13mol/L、0. 19mol/L、0. 21mol/L、0. 3mol/L、0. 4mol/L、0. 51mol/L、0. 6ImoI/L、0. 71mol/L、0. 78mol/L 或 0. 79mol/L 等，进ー步优选为 0. 15 0. 6mol/L,特别优选为0.2^0.5mol/L。所述こ酸钴水溶液与丙三醇的体积比可以为I. 1:1、1. 2:1,1. 3:1、1. 6:1、1. 8:1、1.9:1、2. 1:1、2. 5:1、3:1、4:1、4. 8:1、4. 9:1、5. 1:1、6:1、6. 8:1、6. 9:1、7. 1:1、7. 5:1、7. 8:1或7. 9:1等，优选为I. 5:1 7:1，特别优选为2:1 5: I。在本专利技术中，所述こ酸钴水溶液与丙三醇的体积比指こ酸钴水溶液中的溶剂水与丙三醇的体积比。例如0. 8mmolこ酸钴溶于Iml水中，こ酸钴水溶液浓度为0. 8mol/L，加入0.25ml丙三醇混合，则こ酸钴水溶液与丙三醇的体积比为4:1。 所述溶剂水优选蒸馏水。所述こ酸钴水溶液与丙三醇通过搅拌混合；优选地，所述搅拌分散时间为至少10分钟，例如11分钟、12分钟、13分钟、16分钟、19分钟、21分钟、25分钟、28分钟、29分钟、31分钟、35分钟或40分钟等，进ー步优选为15 30分钟，特别优选为20分钟。优选地，所述尿素的加入量为0. 01 0. 6mol/L,例如0. 011mol/L、0. 012mol/L、0.013mol/L、0.02mol/L、0. 025mol/L、0. 028mol/L、0. 029mol/L、0. 031mol/L、0. 035mol/L、0.05mol/L、0. 06mol/L、0. 09mol/L、0. Imol/L、0. 2mol/L、0. 3mol/L、0.39mol/L、0.41mol/L、0. 5mol/L、0. 58mol/L 或 0. 59mol/L 等，进ー步优选为 0. 03 0. 4mol/L,特别优选为0.055 0. 35mol/L。所述尿素的加入量为0. 01 0. 6mol/L指每升こ酸钴水溶液与丙三醇的混合溶液中加入尿素量为0. 01^0. 6molo优选地，加入尿素后所述混合为通过搅拌混合；优选地，所述搅拌时间为至少0. 2小时,例如0. 21小时、0. 22小时、0. 23小时、0. 3小时、0. 39小时、0. 41小时、0. 45小时、0. 49小时、0. 51小时、0. 6小时、I小时、I. 5小时、I. 9小时、2. I小时、2. 5小时、3小时、4小时、4.5小时、4. 8小时、4. 9小时、5. I小时、6小时、8小时等，进ー步优选为0. 4^5小时，特别优选为0. 5^2小时。优选地，步骤(2)中所述密封反应器为高压釜，特别优选为具有聚四氟こ烯内胆的闻压爸。所述反应温度可以为131 °C、132 V、133 V、139 V、141 V、149 で、151 °C、160 V、180 °C>190 °C>195 °C>198 °C>199 °C>201 °C>202 °C>205 °C>208 °C 或 209 °C 等，优选为14本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种四氧化三钴柱状结构材料的制备方法，包括：将乙酸钴水溶液与丙三醇以1:1~8:1的体积比进行混合，加入尿素混合，然后将混合溶液置于密封反应器中反应，煅烧所得前驱物得到四氧化三钴柱状结构材料。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：谭强强，刘少军，
申请(专利权)人：中国科学院过程工程研究所，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。