一種在氧化鋁陶瓷管上生長四氧化三鈷納米片的方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于無機材料制備技術領域，具體涉及一種在氧化鋁陶瓷管上生長四氧化三鈷(C〇3〇4)納米片的方法。
【背景技術】
[0002]四氧化三鈷納米材料具有良好的催化性能和電化學性能，被廣泛應用于鋰離子電池、超級電容器、催化工業(yè)、生物細胞傳感器和氣敏傳感器等領域。目前，關于C〇304納米材料的合成已經(jīng)有較多相關的報道。中國專利CN201310436328.3公開了一種納米級片層結構四氧化三鈷的制備方法，該方法采用鈷鹽和尿素為原料，通過水熱法得到具有片層結構的中間產(chǎn)物，然后在馬弗爐中煅燒，最終得到納米級片層結構四氧化三鈷;然而，該方法得到的產(chǎn)物為100nm厚度左右的納米片團聚組成的數(shù)十微米大小的顆粒，納米片很厚且并未實現(xiàn)單片的分散。中國專利CN201410741019.1公開了一種具有介孔結構的四氧化三鈷納米片的制備方法，該方法采用六水合硝酸鈷和環(huán)六亞甲基四胺的水溶液先在低溫下合成納米片狀結構的前驅(qū)體，然后經(jīng)熱分解得到介孔結構的四氧化三鈷納米片;但是該方法制得的C〇3〇4納米片為團聚的數(shù)微米的球團，沒有實現(xiàn)單片的分散，且其納米片為由孔徑平均大小為15nm左右的顆粒組成的介孔片狀。中國專利CN201510135832.9公開了一種基于層狀四氧化三鈷的制備及超級電容性能的研究，該方法中基底為導電鈦網(wǎng)，通過在硝酸鈷和尿素的混合液中水熱反應，得到的四氧化三鈷形貌為5?10層納米片的堆積結構，該結構中四氧化三鈷納米片仍然較密集，也沒有實現(xiàn)單片分散的效果。Y.X.Yu等(Net-structured C03O4/Cnanosheet array with enhanced electrochemical performance toward lithiumstorage，Materials Research Bulletin 51(2014)112-118)公開了一種以硝酸鈷為鈷源、六亞甲基四胺HMT為表面活性劑，在泡沫鎳片上制備四氧化三鈷/碳復合納米片的方法;該方法在制備過程中采用了表面活性劑，且基底為導電的泡沫鎳，不利于作為傳感器材料使用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明針對【背景技術】存在的缺陷，提出了一種在氧化鋁陶瓷管上生長四氧化三鈷納米片的方法。本發(fā)明采用六水合硝酸鈷為鈷源，以氧化鋁陶瓷管為載體，首先在通過水熱反應直接在氧化鋁陶瓷管上生長C〇(C03)Q.5(0H).0.11H20納米片初始材料，然后焙燒得到生長于陶瓷管上的四氧化三鈷(C〇304)納米片;本發(fā)明得到了具有特殊整齊的楓葉狀單片結構的四氧化三鈷納米片，實現(xiàn)了良好的單片分散效果。
[0004]本發(fā)明的技術方案如下:
[0005]本發(fā)明以六水合硝酸鈷為鈷源，通過水熱反應直接在陶瓷管上生長C〇(C03)〇.5(0H).0.11H20納米材料，最后進行熱焙燒處理得到生長于陶瓷管上的四氧化三鈷(C〇304)納米片材料。
[0006] —種在氧化鋁陶瓷管上生長四氧化三鈷納米片的方法，包括以下步驟:
[0007]步驟1、配制反應溶液:將六水合硝酸鈷(Co(N〇3)2.6H20)、尿素和氟化銨(NH4F)加入水中，攪拌均勻，得到反應溶液；
[0008]步驟2、Co(C〇3)Q.5(OH).0.11H20納米片的制備:將步驟1得到的反應溶液轉移至反應釜中，在120?150°C下水熱反應6?12h，在氧化鋁陶瓷管上得到Co(C〇3)q.5(OH).0.11H20納米片；
[0009]步驟3、四氧化三鈷(Co3〇4)納米片的制備:將步驟2得到的生長有Co (C〇3)0.5 (0H).0.11H20納米片的氧化鋁陶瓷管在300?500°C下焙燒0.5?3h，即可得到生長于陶瓷管上的四氧化三鈷納米片。
[0010]進一步地，步驟1所述六水合硝酸鈷的濃度為〇.〇l〇mol/L?0.025mol/L，所述尿素的濃度為〇.〇5mol/L?0.15mol/L，所述氣化銨的濃度為0.01mol/L?0.06mol/L。
[0011]本發(fā)明的原理是采用六水合硝酸鈷為鈷源，以氧化鋁陶瓷管為載體，首先通過水熱反應直接在氧化鋁陶瓷管上生長C〇(C03)Q.5(0H).0.11H20納米片初始材料，然后焙燒得至性長于陶瓷管上的四氧化三鈷(C〇3〇4)納米片。
[0012]本發(fā)明的有益效果為:
[0013]1、本發(fā)明方法得到的生長于陶瓷管上的四氧化三鈷納米片，其純度高，為單相的四氧化三鈷(C〇3〇4);具有特殊整齊的獨立的弧形楓葉片狀，為單片的結構，實現(xiàn)了納米片的單片分散;單片垂直于基底，片與片相連，形成網(wǎng)絡結構;納米片厚度均勻(平均厚度為25?40nm)，致密無孔。
[〇〇14]2、本發(fā)明四氧化三鈷納米片生長于氧化鋁陶瓷管上，無需采用鎳、鈦等金屬片作為基底，在反應及后處理中，避免了其他金屬元素雜質(zhì)的引入;本發(fā)明方法中無需使用表面活性劑，簡化了生產(chǎn)工藝，降低了生產(chǎn)成本，提高了可控性。
[0015]3、本發(fā)明方法得到的四氧化三鈷納米片的單片分散效果好，具有較大的空隙和比表面積，作為電池材料時，增大了與電解液的接觸面積，為電解液的離子傳輸提供了有力的保障;作為催化劑、傳感器材料時，其單片分散的片層結構可增大與反應介質(zhì)或污染氣體的接觸面積和擴散速度；因此，本發(fā)明方法得到的生長于陶瓷管上的四氧化三鈷納米片可應用于催化劑、電池材料、氣敏材料等領域。
【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明實施例1得到的生長于氧化鋁陶瓷管上的四氧化三鈷納米片的掃描電鏡圖；(a)和(b)分別為不同放大倍數(shù)下的掃描電鏡圖；
[0017]圖2為本發(fā)明實施例1得到的生長于氧化鋁陶瓷管上的四氧化三鈷納米片的X射線衍射圖譜。
【具體實施方式】
[0018]下面結合附圖和實施例，詳述本發(fā)明的技術方案。
[0019]一種在氧化鋁陶瓷管上生長四氧化三鈷納米片的方法，包括以下步驟:
[0020]步驟1、配制反應溶液:將六水合硝酸鈷(Co(N〇3)2.6H20)、尿素和氟化銨(NH4F)依次加入去離子水中，室溫下攪拌5?30min至完全溶解，得到淡紅色澄清溶液，即為反應溶液;其中Co(N03)2.6H20的濃度為0.010?0.025mol/L，尿素的濃度為0.05mol/L?0.15mol/L，NH4F 的濃度為 0.0lmol/L ?0.06mol/L;
[0021]步驟2、C〇(C03)〇.5(OH).0.11H20納米片的制備:將步驟1得到