水溶性四氧化三鈷納米晶體的控溫控壓微波合成方法
2023-10-05 04:32:54 1
專利名稱：水溶性四氧化三鈷納米晶體的控溫控壓微波合成方法
技術領域：
本發明涉及一種水溶性四氧化三鈷納米晶體的控溫控壓微波合成方法，以鈷鹽為原料，利用控溫、控壓微波合成技術製備四氧化三鈷磁性納米晶體，屬於納米材料製備技術領域。
背景技術：
Co3O4廣泛應用於催化劑、顏料、磁性、電極和儲能材料。當其粒徑達納米級時，由於尺度量子效應和介電限域效應使它們表現出一系列特殊磁性質和光學性質，巨大比表面積使其在催化劑的應用中具有顯著的優越性。
Co3O4的合成常用固相反應法和水相合成法。固相反應法一般通過加熱分解鈷的氫氧化鈷前體或者在高溫下氣相沉積鈷的金屬有機物。這種方法常常產生燒結和納米粒子團聚。水相合成法是一種最古老的合成金屬氧化物的方法，通常利用金屬離子在鹼性條件水解沉澱所得，鈷離子水解一般生成氫氧化鈷，在較低溫度氫氧化鈷轉化生成四氧化鈷產率較低，而且反應時間很長。H.C.Zeng等人(Chem.Mater.，2003，15，2829)發現在水相合成體系中加入大量硝酸鈉可以在95℃生成均勻20-40nm的立方狀Co3O4。此法仍然沒有解決水相合成法反應時間過長的缺點。水熱法一般利用高壓反應釜提高水相合成的反應溫度(＞100℃)，使鈷離子強迫水解，生成的Co3O4納米粒子雖然結晶性能較好，但納米粒子粒徑一般為一百到幾百納米，且尺寸分布非常不均勻。
發明內容
本發明的目的在於針對目前固相反應法和水相合成方法的缺陷，提供一種水溶性四氧化三鈷納米晶體的控溫控壓微波合成方法，水相中合成高質量四氧化三鈷磁性納米晶體，具有合成速度快、產物水溶性好、結晶度高的優點。
為實現上述目的，本發明以水為溶劑，將鈷鹽溶於水，加入巰基化合物作為穩定劑，調節溶液pH值製得鹼性反應前體溶液，然後將此前體溶液置於密閉的聚四氟乙烯罐中，在可控溫和可控壓的微波反應器中反應，迅速合成高質量(水溶，尺寸均一)四氧化三鈷磁性納米晶體，其粒徑分布在10％-20％。
本發明的方法具體包括如下步驟1、反應前體溶液製備將鈷鹽溶於水中，鈷濃度控制在0.001-1摩爾/升。加入水溶性的巰基化合物作為穩定劑，控制鈷離子與水溶性的巰基化合物的摩爾比為1∶10至1∶1。調節溶液pH值至5-12，得到前體溶液。
2、微波合成四氧化三鈷納米晶體將上述前體溶液置於密閉的聚四氟乙烯罐中，在可控溫和可控壓的微波反應器中反應，生成四氧化三鈷納米晶體。微波加熱條件為微波振蕩頻率300MHZ～3000MHZ，微波功率50W～1000W，加熱時間1分鐘～10小時，加熱溫度50～250攝氏度。
本發明所述的鈷鹽包括硝酸鈷、高氯酸鈷、氯酸鈷、醋酸鈷、硫酸鈷、碘酸鈷、氯化鈷、碘化鈷、溴化鈷；所述水溶性的巰基化合物包括巰基乙酸、巰基丙酸、巰基丁酸、巰基乙酸鹽、巰基丙酸鹽、巰基丁酸鹽、半胱氨酸、胱氨酸、硫代甘油、巰基乙醇、巰基丙醇、2，3-二巰基-1-丙醇、1，2-二巰基丙酸。
本發明的方法操作簡單，條件溫和，成本低，合成速度快，合成產物四氧化三鈷納米晶體具有水溶性和穩定性好，尺度分布均一，大小可調，結晶度高等特點。
具體實施例方式
以下通過幾個具體的實施例對本發明的技術方案作進一步描述。以下實施例不構成對本發明的限定。
實施例11、反應前體溶液製備以水為溶劑，將濃度為0.1摩爾/升的硝酸鈷溶液與巰基丙酸混合，鈷離子與巰基丙酸的摩爾比為1∶5，用氫氧化鈉調節溶液的pH值至12。
2、微波合成四氧化三鈷納米晶體將上述前體溶液置於密閉的聚四氟乙烯罐中，在可控溫和可控壓的微波反應器中反應，生成四氧化三鈷納米晶體。
微波加熱條件為
微波振蕩頻率2450MHZ微波功率400W，加熱時間4小時加熱溫度140攝氏度。
實施例21、反應前體溶液製備配置0.04摩爾/升硫酸鈷水溶液，加入巰基乙醇作為穩定劑，鈷離子與巰基乙醇摩爾比控制在1∶2。用氫氧化鈉調節溶液pH值至8。
2、微波合成四氧化三鈷納米晶體將上述前體溶液置於密閉的聚四氟乙烯罐中，在可控溫和可控壓的微波反應器中反應，生成四氧化三鈷納米晶體。
微波加熱條件為微波振蕩頻率2450MHZ微波功率600W加熱時間30分鐘，加熱溫度160攝氏度。
實施例31、反應前體溶液製備配置0.04摩爾/升氯化鈷水溶液，加入巰基乙醇作為穩定劑，鈷離子與巰基乙醇摩爾比控制在1∶3，調節溶液pH值至10。
2、微波合成四氧化三鈷納米晶體將上述前體溶液置於密閉的聚四氟乙烯罐中，在可控溫和可控壓的微波反應器中反應，生成四氧化三鈷納米晶體。
微波加熱條件為微波振蕩頻率2450MHZ微波功率100W加熱時間2小時加熱溫度200攝氏度。
權利要求
1.一種水溶性四氧化三鈷納米晶體的控溫控壓微波合成方法，其特徵在於包括如下步驟1)反應前體溶液製備將鈷鹽溶於水中，鈷濃度控制在0.001-1摩爾/升，加入水溶性的巰基化合物作為穩定劑，控制鈷離子與水溶性的巰基化合物的摩爾比為1∶10至1∶1，調節溶液pH值至5-12，得到前體溶液；2)微波合成四氧化三鈷納米晶體將上述前體溶液置於密閉的聚四氟乙烯罐中，在可控溫和可控壓的微波反應器中反應，生成四氧化三鈷納米晶體；其中，微波加熱條件為微波振蕩頻率300MHZ～3000MHZ，微波功率50W～1000W，加熱時間1分鐘～10小時，加熱溫度50～250攝氏度。
2.根據權利要求1的水溶性四氧化三鈷納米晶體的控溫控壓微波合成方法，其特徵在於所述的鈷鹽為硝酸鈷、高氯酸鈷、氯酸鈷、醋酸鈷、硫酸鈷、碘酸鈷、氯化鈷、碘化鈷或溴化鈷；所述水溶性的巰基化合物為巰基乙酸、巰基丙酸、巰基丁酸、巰基乙酸鹽、巰基丙酸鹽、巰基丁酸鹽、半胱氨酸、胱氨酸、硫代甘油、巰基乙醇、巰基丙醇、2，3-二巰基-1-丙醇或1，2-二巰基丙酸。
全文摘要
本發明涉及一種水溶性四氧化三鈷納米晶體的控溫控壓微波合成方法，以水為溶劑，將鈷鹽溶於水，加入水溶性的巰基化合物作為穩定劑，控制鈷離子與水溶性的巰基化合物的摩爾比為1∶10至1∶1，調節溶液pH值至5－12，得到前體溶液。然後將此前體溶液置於密閉的聚四氟乙烯罐中，在可控溫和可控壓的微波反應器中反應，迅速合成四氧化三鈷納米晶體。本發明方法操作簡單，條件溫和，成本低，合成產物四氧化三鈷納米晶體具有水溶性好，尺度分布均一，大小可調，結晶度高等特點。
文檔編號C01G51/04GK1837066SQ20061002566
公開日2006年9月27日 申請日期2006年4月13日 優先權日2006年4月13日
發明者任吉存, 李良 申請人:上海交通大學