本發(fā)明屬于高性能功能材料領(lǐng)域，涉及一種多孔四氧化三鈷納米片的制備方法。

背景技術(shù)：

四氧化三鈷是一種黑色固體，晶體結(jié)構(gòu)為尖晶石構(gòu)型，分子式為Co₃O₄。它是一種混合價態(tài)的化合物，同時含有二價鈷和三價鈷。它是重要的鋰電池正極材料的原料，也可以直接用作鋰電池的負極材料和超級電容器電極材料。隨著鋰離子電池的發(fā)展，迫切需要開發(fā)新的負極材料，四氧化三鈷具有高的比容量，作為電池和電容器的電極材料受到了廣泛的關(guān)注。

納米技術(shù)的發(fā)展，為傳統(tǒng)功能材料的特性和功能提供了新的空間，尤其是目前二維形態(tài)材料的開發(fā)，受到了極大關(guān)注。因其特殊的形態(tài)，使得二維多孔結(jié)構(gòu)的四氧化三鈷納米片，更加有利于電解液的滲透，發(fā)揮其最佳的儲能特性。

制備四氧化三鈷的方法主要有熱分解法，溶膠凝膠法，水熱法，溶劑熱法和化學氣相沉積法等，工業(yè)上常用鈷鹽分解的方法，該法工藝簡單，便于操作，但是制備的產(chǎn)物顆粒大，且尺寸分布寬。而水熱-熱分解法是利用水熱反應(yīng)制得前驅(qū)物后，在空氣中煅燒，是一種制備不同形態(tài)納米氧化物的有效方法。為此，本發(fā)明采用水熱法首先制備二維片狀堿式碳酸鈷(Co₂(CO₃)(OH)₂)，然后將它經(jīng)過中低溫加熱，獲得二維多孔四氧化三鈷納米片。本方法所制備納米片的形態(tài)均勻，便于控制納米片中孔的尺寸大小，是一個環(huán)保、高效的制備四氧化三鈷納米片的方法。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種多孔四氧化三鈷納米片的制備方法。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的：一種多孔四氧化三鈷納米片的制備方法，包括以下步驟：

(1)將鈷鹽溶解于水中，配制鈷離子濃度為0.1～1mol/L的水溶液；

(2)將六次甲基四胺加入步驟1所配置的鈷鹽水溶液中，六次甲基四胺與鈷離子的摩爾比為6:1～8:1，在室溫下攪拌溶解均勻后，裝入高壓反應(yīng)釜，溶液在反應(yīng)釜中的體積填充率為70～85％，密閉反應(yīng)釜，將反應(yīng)釜加熱到210～280℃，保溫2小時以上；

(3)將步驟2所得的固體產(chǎn)物過濾，用水反復清洗，干燥，即可獲得四氧化三鈷的前驅(qū)體堿式碳酸鈷；

(4)將步驟3中的產(chǎn)物在空氣中加熱到300～500℃，保溫1小時以上，即可獲得多孔四氧化三鈷納米片，所述多孔四氧化三鈷納米片由納米級四氧化三鈷顆粒構(gòu)成，具有多孔特性，外形呈二維納米片形態(tài)。

進一步地，所述步驟1中，所述鈷鹽由氯化鈷、硝酸鈷和醋酸鈷的一種或多種按任意配比混合組成。

進一步地，所述步驟3中，所述堿式碳酸鈷的化學式是Co₂(CO₃)(OH)₂，其晶體結(jié)構(gòu)與(Cu,Co)₂(CO₃)(OH)₂一致。

本發(fā)明的有益效果是：

1、本發(fā)明原料來源要求低，價格便宜。

2、本發(fā)明制備能耗低，工藝簡單，生產(chǎn)周期短，工藝重復性優(yōu)良。

3、本發(fā)明產(chǎn)品形態(tài)均勻，純度高。

附圖說明

圖1是實施例1用氯化鈷制備的四氧化三鈷納米片的形貌圖；

圖2是實施例2用硝酸鈷制備的四氧化三鈷納米片的形貌圖；

圖3是實施例3用醋酸鈷制備的四氧化三鈷納米片的形貌圖。

具體實施方式

實施例1

將0.1mol氯化鈷充分溶解于500mL水中，然后加入0.6mol六次甲基四胺，在室溫下攪拌溶解均勻后，裝入高壓反應(yīng)釜，液體填充率為70％，密閉高壓反應(yīng)釜，將其加熱到280℃，保溫2小時，過濾所生成的固體產(chǎn)物，經(jīng)過干燥后，獲得片狀的堿式碳酸鈷。將干燥后的堿式碳酸鈷在空氣中300度下加熱2小時，就獲得多孔四氧化三鈷納米片，產(chǎn)物的形貌如圖1所示，所制備產(chǎn)物的形態(tài)是二維納米片組裝而成的分級結(jié)構(gòu)，四氧化三鈷納米片的厚度主要在20到50納米之間，納米片的長度在數(shù)微米以上，寬度主要在300到500納米間。產(chǎn)物二維納米片形態(tài)均勻，制備條件溫和。

實施例2

將0.5mol硝酸鈷充分溶解于500mL水中，然后加入3mol六次甲基四胺，在室溫下攪拌溶解均勻后，裝入高壓反應(yīng)釜，液體填充率為75％，密閉高壓反應(yīng)釜，將其加熱到240℃，保溫3小時后，過濾所生成的固體產(chǎn)物，經(jīng)過干燥后，獲得片狀的堿式碳酸鈷。將干燥后的堿式碳酸鈷在空氣中400度加熱2小時后，就獲得多孔四氧化三鈷納米片，產(chǎn)物的形貌如圖2所示，所制備產(chǎn)物的形態(tài)是四氧化三鈷二維納米片組裝而成的分級結(jié)構(gòu)，四氧化三鈷納米片的厚度分布在30到60納米之間，納米片的長度在微米數(shù)量級，寬度主要分布在300到600納米。產(chǎn)物的二維形態(tài)均勻，重復性好。

實施例3

將0.3mol醋酸鈷充分溶解于500mL水中，然后加入2.4mol六次甲基四胺，在室溫下攪拌溶解均勻后，裝入高壓反應(yīng)釜，液體填充率為85％，密閉高壓反應(yīng)釜，將其加熱到210℃，保溫2小時后，過濾所生成的固體產(chǎn)物，經(jīng)過干燥后，獲得片狀的堿式碳酸鈷。將干燥后的堿式碳酸鈷在空氣中500度加熱1小時，就獲得多孔四氧化三鈷納米片，產(chǎn)物的形貌如圖3所示，所制備產(chǎn)物的形態(tài)是分散的四氧化三鈷二維納米片，納米片的厚度在50納米左右，納米片的長度和寬度都在微米數(shù)量級。產(chǎn)物的二維形態(tài)保持良好，工藝重復性好。

上述實施例用來解釋說明本發(fā)明，而不是對本發(fā)明進行限制，在本發(fā)明的精神和權(quán)利要求的保護范圍內(nèi)，對本發(fā)明作出的任何修改和改變，都落入本發(fā)明的保護范圍。