一种四氧化三钴量子点及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种四氧化三钴量子点及其制备方法，以短链醇为表面活性剂将六水合硝酸亚钴包覆起来，形成澄清溶液A，然后以长链醇为溶剂与澄清溶液A混合均匀后，形成硝酸钴反胶束溶液，将该硝酸钴反胶束溶液经过微波反应催进硝酸钴的水解和净化，最后将微波反应后的物料分离后即得四氧化三钴量子点。由本发明专利技术方法制备的四氧化三钴量子点粒径在3-4纳米，具有明显的量子限域效应，可以很好地分散在水中形成胶体，同时具有无负载，无搅拌，可见光下分解纯水按照标准摩尔比2:1产氢产氧的性能。这种量子点还可以应用于荧光学，电催化，化学催化，超级电容器和新型电池领域。

Four oxidation cobalt three quantum dots and preparation method thereof

The invention provides a four oxide cobalt three quantum dots and a preparation method thereof, with short chain alcohol as a surfactant six hydrated cobalt nitrate coating, the formation of a clear solution of A, and with long chain alcohol as solvent and clear solution A after mixing, the formation of reverse micellar solution of cobalt nitrate, the nitrate cobalt reverse micellar solution by microwave hydrolysis reaction catalyst into cobalt nitrate and purification, finally separating material after microwave reaction is four oxidation of cobalt three quantum dots. Four oxide prepared by the method of the invention three cobalt quantum dots with a particle size of 3-4 nm, with obvious quantum confinement effect can be well dispersed in water to form colloidal, with no load, without stirring, water decomposition under visible light in accordance with the standard production of hydrogen and oxygen of the molar ratio of 2:1 to. The quantum dots can also be used in the fields of fluorescence, electrocatalysis, chemical catalysis, supercapacitors and new batteries.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于氢能制备领域，涉及氢能的光催化洁净制备技术，特别涉及。
技术介绍
随着石油、煤、天然气等化石能源的消耗殆尽，以及环境问题的日益加剧，开发利用清洁的、可再生的能源已成为目前国内外政府十分重视的课题。就目前来说，地球上储量最丰富的能源就是太阳能，平均每年投射到地球表面的太阳能高达1.05X IO18千瓦时，相当于1.3X IO6吨标准煤，而且，太阳能储量分布较平均，地域影响较小，因此，开发利用太阳能已成为国内外学者研究的热点。太阳能的利用方式主要分为光热转化、光电转化和光化学转化。其中，光热转化和光电转化对太阳能的利用效率较高，但对能量的储存和再利用的效率较低。光化学转化可以将太阳能转化为化学能储存起来，实现了太阳能的储存和再利用，是非常有潜力的太阳能利用手段。光催化分解水是光化学转化的一个分支。它的原理是:在一定能量光的照射下，催化剂受到激发产生电子和空穴对。电子和空穴对迁移到催化剂表面，与水中的离子发生反应。其中电子还原水中的氢离子生成氢气，而空穴氧化水中的氢氧根生成氧气。这种产氢和产氧的反应实现了太阳能到化学能的转化，氢气和氧气又可以作为能量载体储存起来并在以后加以利用。又有，太阳能光谱中可见光谱占全部光谱的43%，远超过紫外光谱的含量(7%)，同时，红外波段的光谱又不能满足分解水的动力学要求，因此，要实现高效利用太阳能光催化分解水的关键是寻找具有合适带隙的可见光响应的光催化剂。为了实现太阳能光催化利用的工业化，尽可能地降低催化剂的成本也是一大需求。目前国际上尽管有大量可见光响应的光催化剂的报道，但是要么成本太高，要么效率太低。四氧化三钴是目前公认的很有前途的光催化材料之一。它具有无毒性、化学稳定、低成本，高效的可见光催化产氧性能，因此它作为产氧反应的催化剂或助催化剂被广泛应用。但是由于四氧化三钴的导带位置偏低，可见光激发光生电子不足以还原水中的氢离子生成氢气，四氧化三钴很少被单独作为可见光催化分解水产氢产氧的催化剂。为了使四氧化三钴能够具有可见光下分解纯水的能力，其导带位置要适当提高。量子点工艺可以适度改变材料原有的能带结构，扩大材料的禁带宽度，应用该工艺合成四氧化三钴量子点，可以一定范围内提高四氧化三钴的导带位置，进而提高其电荷分离能力，并调节其光吸收能力和光生载流子氧化还原能力，最终使其具有可见光催化分解纯水的活性。为了得到性 能佳的四氧化三钴量子点，必须将四氧化三钴的颗粒尺寸做得足够小，小到小于或等于四氧化三钴的波尔半径。目前，合成四氧化三钴小颗粒的方法主要由以下几种:1、采用沉淀剂先生成含钴的沉淀再高温煅烧制备四氧化三钴。这种方法制备的四氧化三钴颗粒尺寸尽管很小，但是依然很难满足发生量子限域效应的条件，并且煅烧的样品颗粒形貌不一，煅烧不充分易残留杂质，导致产物纯度不好控制(参见中国专利技术专利CN1344682)。2、水热法合成四氧化三钴这种方法制备的四氧化三钴结晶度较好，颗粒尺寸可以方便控制，同时，控制投料也可以合成出具有特殊形貌的四氧化三钴。但是这种方法合成的四氧化三钴依然颗粒尺寸较大，不能满足量子限域条件。(参见中国专利技术专利CN102887548A，CN1948167,CN102134105A)3、溶剂热法合成四氧化三钴这种方法合成的四氧化三钴，颗粒尺寸可控，且粒径可以做到很小。但是这种方法依然很难做到具有量子限域效应的尺寸(参见中国专利技术专利CN101838018A)。4、控温控压微波法合成四氧化三钴这种方法可实现可控尺寸四氧化三钴的快速合成。然而，这种方法由于其反应剧烈且迅速，对反应条件的一致性要求较高(参见中国专利技术专利CN1837066)。从以上现有技术的阐述可知 ，传统方法制备的四氧化三钴纳米晶体颗粒尺寸较大，不能满足量子限域条件，同时，一些方法还存在反应条件控制复杂，且产物不易分离等缺点。这些都限制了四氧化三钴材料在光催化领域中的应用。
技术实现思路
本专利技术的目的就是提供一种简单廉价且高效的方法制备出四氧化三钴量子点及其制备方法。为了实现上述目的，本专利技术采取如下的技术方案:一种四氧化三钴量子点的制备方法，以短链醇为表面活性剂将六水合硝酸亚钴包覆起来，形成澄清溶液A，然后以长链醇为溶剂与澄清溶液A混合均匀后，形成硝酸钴反胶束溶液，将该硝酸钴反胶束溶液经过微波反应催进硝酸钴的水解和净化，最后将微波反应后的物料分离后即得四氧化三钴量子点；其中，所述六水合硝酸亚钴与短链醇的摩尔比为1:(40-60)，澄清溶液A与长链醇的体积比为1: (30-40)。作为本专利技术的优选实施例，所述微波反应是将硝酸钴反胶束溶液放入到聚四氟乙烯内衬中进行。作为本专利技术的优选实施例，微波反应的步骤为:升温到165_200°C保温1_3分钟进行微波水热反应。作为本专利技术的优选实施例，所述短链醇为乙醇、丙醇或正丁醇。作为本专利技术的优选实施例，所述长链醇为十一醇、十二醇或十三醇。一种四氧化三钴量子点的制备方法，将六水合硝酸亚钴与作为表面活性剂的短链醇混合保证硝酸亚钴被短链醇包覆，形成澄清溶液A，将该澄清溶液与作为溶剂的长链醇混合均匀后加入到微波水热釜的聚四氟乙烯内衬中，当温度升高到165-200°C后保温1-3分钟进行微波水热反应，反应产物经降温后离心处理，分离得到的产物用乙醇超声洗涤后，在于真空烘箱中干燥即可；六水合硝酸亚钴与短链醇的摩尔比为1: (40-60)，澄清溶液A与长链醇的体积比为1: (30-40)。根据上述方法制备的四氧化三钴量子点，所述四氧化三钴量子点的颗粒尺寸为3-4纳米。作为本专利技术的优选实施例，所述四氧化三钴量子点由一个个纳米球组成，所述一个个纳米球由多个量子点堆积而成。作为本专利技术的优选实施例，所述多个量子点均为晶体结构。作为本专利技术的优选实施例，所述多个量子点均为多晶结构。与现有技术相比，本专利技术至少以下有益效果:由本专利技术方法制备的四氧化三钴量子点粒径在3-4纳米，具有明显的量子限域效应，可以很好地分散在水中形成胶体，同时具有无负载，无搅拌，可见光下分解纯水按照标准摩尔比2:1产氢产氧的性能。这种量子点还可以应用于荧光学，电催化，化学催化，超级电容器和新型电池领域。附图说明图1-1是本专利技术四氧化三钴量子点的低倍电子透射显微镜成像图。图1-2是图1-1中圆形区域内的高倍电子透射显微镜成像图。图1-3是图1-1中矩形区域处的电子衍射图像。图2-1为本专利技术方法和传统的固相法合成的四氧化三钴XPS图谱对照。 图2-2为本专利技术方法合成的四氧化三钴量子点和传统的固相法合成的四氧化三钴的Co 2p轨道窄谱对照；图3-1为本专利技术方法合成的四氧化三钴量子点和传统的固相法合成的四氧化三钴的紫外可见吸收光谱对照。图3-2是本专利技术方法合成的四氧化三钴量子点的K-M方法计算的结果。图3-3是传统的固相法合成的四氧化三钴量子点的K-M方法计算的结果。图4为本专利技术方法合成的四氧化三钴量子点和固相法合成的四氧化三钴的光催化评估曲线。其中，图4-1曲线为紫外光照射下的产氢曲线，图4-2曲线为可见光照射下四氧化三钴量子点分解纯水产氢产氧的微分速率曲线。测试条件:催化剂10毫克，反应液200毫升，光源300W Xe灯(入420nm，透光率65%)。紫外活性测试的牺牲剂:50%乙醇水溶液。具体实施例方式实施例1I)六水合硝本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种四氧化三钴量子点的制备方法，其特征在于：以短链醇为表面活性剂将六水合硝酸亚钴包覆起来，形成澄清溶液A，然后以长链醇为溶剂与澄清溶液A混合均匀后，形成硝酸钴反胶束溶液，将该硝酸钴反胶束溶液经过微波反应催进硝酸钴的水解和净化，最后将微波反应后的物料分离后即得四氧化三钴量子点；其中，所述六水合硝酸亚钴与短链醇的摩尔比为1：（40?60），澄清溶液A与长链醇的体积比为1：（30?40）。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：郭烈锦，张宁，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：