一種鈷納米材料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及金屬納米材料的制備，具體涉及一種鈷納米材料的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鈷納米材料作為一種納米功能金屬材料，具有一系列特殊的物理、化學(xué)性能，在硬質(zhì)合金、電池材料、催化劑、磁性材料、吸波材料、陶瓷等領(lǐng)域的應(yīng)用中表現(xiàn)出許多優(yōu)異的性能。例如，用超細(xì)鈷粉制成永磁記錄材料，可使磁帶和軟硬盤的記錄密度提高數(shù)十倍，并能大幅度改善它們的保真性能。同時由于超細(xì)鈷粉對電磁波的特殊吸收作用，可作為軍用高性能毫米波隱形材料，可見光-紅外線隱形材料和結(jié)構(gòu)式隱形材料，手機(jī)輻射屏蔽材料。在硬質(zhì)合金方面使用的超細(xì)鈷粉由于合金的橫向斷裂強(qiáng)度、硬度和密度都得到了提高，使其具有更高的的耐磨性與抗裂性。
[0003]鈷納米粒子的傳統(tǒng)制備方法很多，如水熱合成法、輻射合成法、等離子體法、沉淀法、微乳液法等。1993年美國的Bawendi研究小組發(fā)展了高溫液相法，最早是合成半導(dǎo)體納米管ME (M = Cd，Pd ；E = Se, S，Te)。20世紀(jì)90年代后期，IBM公司的Murray等利用此方法成功地合成出單分散的Co納米晶。申承民等利用二苯醚做溶劑，以油酸和三辛基膦作為表面活性劑，采用二醇還原法在氮?dú)獗Ｗo(hù)下制備出具有hep相的單分散磁性Co納米粒子，并在銅網(wǎng)上將Co納米粒子自組裝成有序的二維六方緊密堆積的單分散膜。同時他們還用Co2(C0)s熱分解制備出自組裝的Co納米粒子，并對其磁學(xué)性質(zhì)做了研究。但這種方法有個缺點(diǎn):羰基鎳是一種劇毒物質(zhì)，有礙人體健康，對環(huán)境易造成很大污染。Ma Lixin等在堿性環(huán)境中以硫酸鈷為鈷源、足量酒石酸鉀鈉為絡(luò)合劑、水合聯(lián)氨為還原劑，采用化學(xué)鍍工藝在欽酸鋇表面鍍覆上鈷層。專利CN1923415提供了一種以水合肼為還原劑，十六烷基三甲基溴化銨為分散劑制備片狀鈷納米顆粒的方法，但所用還原劑水合肼毒性較大，影響健康。北京科技大學(xué)王志遠(yuǎn)等報道了以六水合氯化鈷為原料，以NaBH4為還原劑，以三乙醇胺和PVP為絡(luò)合劑，在無水乙醇中合成了鈷納米顆粒的研究，他們得到的鈷納米粒子平均粒徑也大于10nm，而且易產(chǎn)生鈷的硼化物，還原劑NaBH4毒性也較大，生產(chǎn)成本較高，制備過程也較為復(fù)雜。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)存在的一些缺陷，提供一種簡單方便，成本低廉、毒性少的制備鈷納米材料的方法。
[0005]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0006]1、首先配制硝酸鈷溶液，將絡(luò)合劑和分散劑加入到硝酸鈷溶液中，磁力攪拌至澄清溶液；
[0007]2、將上述混合溶液置于干燥箱中干燥，形成疏松多孔的前驅(qū)體；
[0008]3、將前軀體放于馬弗爐內(nèi)煅燒，煅燒的同時管式爐中持續(xù)通入惰性氣體進(jìn)行保護(hù)。
[0009]步驟1中所述的硝酸鈷溶液的摩爾濃度為0.05-0.lmol/L0
[0010]步驟1中所述的絡(luò)合劑為檸檬酸、抗壞血酸、乙二胺四乙酸、葡萄糖、淀粉或蔗糖中的任意一種，分散劑為聚乙烯吡咯烷酮(PVP)。
[0011]步驟1中所述的硝酸鈷與絡(luò)合劑的摩爾比為1:0.5-1:2 ;硝酸鈷與分散劑的摩爾比為 1:2-1:4。
[0012]步驟2中所述的干燥溫度為150-200°C，干燥時間為10-15小時。
[0013]步驟3中所述的煅燒溫度為300-500°C，煅燒時間為5_7小時，升溫速率為5°C /min。
[0014]與現(xiàn)有的方法相比，本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)在于:
[0015]1.本發(fā)明以常見的六水合硝酸鈷和一些廉價的碳水化合物為反應(yīng)原料，在分散劑的輔助下進(jìn)行配位分解反應(yīng)，少量的絡(luò)合劑起到了觸發(fā)化學(xué)鍍反應(yīng)有序進(jìn)行的作用，保證了納米鈷材料粒徑的均一性。
[0016]2.本發(fā)明合成工藝和所需要生產(chǎn)設(shè)備簡單，原料易得，適合工業(yè)化生產(chǎn)。
[0017]3.本發(fā)明制備的鈷納米粒子的粒徑尺寸為5-10nm，分散均勻，性質(zhì)穩(wěn)定。
【附圖說明】
[0018]圖1為本發(fā)明實(shí)施例1中鈷納米材料的TEM圖。
[0019]圖2為本發(fā)明實(shí)施例1中鈷納米材料的XRD圖。
[0020]圖3為本發(fā)明實(shí)施例2中鈷納米材料的XRD圖。
[0021 ]圖4為本發(fā)明實(shí)施例3中鈷納米材料的XRD圖。
[0022]圖5為本發(fā)明實(shí)施例4中鈷納米材料的XRD圖。
[0023]圖6為本發(fā)明實(shí)施例5中鈷納米材料的XRD圖。
[0024]圖7為本發(fā)明實(shí)施例6中鈷納米材料的XRD圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025]下面結(jié)合實(shí)例和附圖對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0026]實(shí)施例1:將1.4699g六水合硝酸鈷溶解在0.1L的去離子水中，然后稱取2.1123g檸檬酸加入上述溶液中，磁力攪拌，待檸檬酸完全溶解之后再向溶液中加入2.2200g分散劑PVP，繼續(xù)攪拌直至PVP完全溶解，將混合溶液放于干燥箱中在150°C下干燥15小時，得到疏松多孔的前驅(qū)體，然后將前驅(qū)體放于馬弗爐中煅燒，煅燒過程中管式爐內(nèi)持續(xù)通入惰性氣氛進(jìn)行保護(hù)，煅燒溫度為300°C，煅燒時間為7小時。圖1為樣品的TEM圖，從圖中可以看出鈷納米顆粒的粒徑尺寸為5-10nm，且分散性良好。圖2為樣品的XRD圖，圖中有三個很明顯的衍射峰，用jade軟件分析可知這些衍射角分別對應(yīng)面心立方晶系鈷的(111)、(200)和(220)晶面，表明制得的為面心立方晶系的鈷納米材料。
[0027]實(shí)施例2:將1.7638g六水合硝酸鈷溶解在0.1L的去離子水中，然后稱取1.5899g抗壞血酸加入上述溶液中，磁力攪拌，待抗壞血酸完全溶解之后再向溶液中加入2.6640g分散劑PVP，繼續(xù)攪拌直至PVP完全溶解，將混合溶液放于干燥箱中在160°C下干燥15小時，得到疏松多孔的前驅(qū)體，然后將前驅(qū)體放于馬弗爐中煅燒，煅燒過程中管式爐內(nèi)持續(xù)通入惰性氣氛進(jìn)行保護(hù)，煅燒溫度分別設(shè)為300°C和500°C，煅燒時間為6小時。當(dāng)煅燒溫度為300°C時(圖3a)，樣品的XRD圖上只有一個很尖銳的衍射峰，分析可知此時的產(chǎn)物為面心立方的鈷。然而當(dāng)煅燒溫度升高到500°C時(圖3b)，從圖3b中可以看到有三個很明顯的衍射峰，分析可知這時的產(chǎn)物依舊是面心立方的鈷納米材料，當(dāng)溫度過低時鈷和絡(luò)合劑生成的產(chǎn)物分解不充分，結(jié)晶不太好。
[0028]實(shí)施例3:將2.0578g六水合硝酸鈷溶解在0.1L的去離子水中，然后稱取2.0559g乙二胺四乙酸加入上述溶液中，磁力攪拌，待乙二胺四乙酸完全溶解之后再向溶液中加入
2.3310g分散劑PVP，繼續(xù)攪拌直至PVP完全溶解，將混合溶液放于干燥箱中在170°C下干燥10小時，得到疏松多孔的前驅(qū)體，然后將前驅(qū)體放于馬弗爐中煅燒，煅燒過程中管式爐內(nèi)持續(xù)通入惰性氣氛進(jìn)行保護(hù)，煅燒溫度為500°c，煅燒時間為6小時。圖4為樣品的XRD圖，圖中有三個很明顯的衍射峰，分析可知此時的產(chǎn)物為面心立方的鈷納米材料。
[0029]實(shí)施例4:將2.3518g六水合硝酸鈷溶解在0.1L的去離子水中，然后稱取1.4268g葡萄糖加入上述溶液中，磁力攪拌，待葡萄糖完全溶解之后再向溶液中加入2.6640g分散劑PVP，繼續(xù)攪拌直至PVP完全溶解，將混合溶液放于干燥箱中在180°C下干燥10小時，得到疏松多孔的前驅(qū)體，然后將前驅(qū)體放于馬弗爐中煅燒，煅燒過程中管式爐內(nèi)持續(xù)通入惰性氣氛進(jìn)行保護(hù)，煅燒溫度為400°C，煅燒時間為7小時。圖5為樣品的XRD圖，圖中有三個很明顯的衍射峰，分析可知此時的產(chǎn)物為面心立方的鈷納米材料。
[0030]實(shí)施例5:將2.6457g六水合硝酸鈷溶解在0.1L的去離子水中，然后稱取1.2485g淀粉加入上述溶液中，磁力攪拌，待淀粉完全溶解之后再向溶液中加入1.9980g分散劑PVP，繼續(xù)攪拌直至PVP完全溶解，將混合溶液放于干燥箱中在190°C下干燥15小時，得到疏松多孔的前驅(qū)體，然后將前驅(qū)體放于馬弗爐中煅燒，煅燒過程中管式爐內(nèi)持續(xù)通入惰性氣氛進(jìn)行保護(hù)，煅燒溫度為300°C，煅燒時間為5小時。圖6為樣品的XRD圖，圖中有三個很明顯的衍射峰，分析可知此時的產(chǎn)物為面心立方的鈷納米材料。
[0031]實(shí)施例6:將2.9397g六水合硝酸鈷溶解在0.1L的去離子水中，然后稱取1.7313g蔗糖加入上述溶液中，磁力攪拌，待蔗糖完全溶解之后再向溶液中加入2.2200g分散劑PVP，繼續(xù)攪拌直至PVP完全溶解，將混合溶液放于干燥箱中在200°C下干燥10小時，得到疏松多孔的前驅(qū)體，然后將前驅(qū)體放于馬弗爐中煅燒，煅燒過程中管式爐內(nèi)持續(xù)通入惰性氣氛進(jìn)行保護(hù)，煅燒溫度為500°C，煅燒時間為6小時。圖7為樣品的XRD圖，圖中有三個很明顯的衍射峰，分析可知此時的產(chǎn)物為面心立方的鈷納米材料。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種鈷納米材料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟: 步驟1、先配制硝酸鈷溶液，將絡(luò)合劑和分散劑加入到硝酸鈷溶液中，磁力攪拌至澄清溶液； 步驟2、將上述混合溶液置于干燥箱中干燥，形成疏松多孔的前驅(qū)體； 步驟3、將前軀體放于馬弗爐內(nèi)煅燒，煅燒的同時管式爐中持續(xù)通入惰性氣體進(jìn)行保護(hù)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈷納米材料的制備方法，其特征在于，步驟I中所述的硝酸鈷溶液的摩爾濃度為0.05-0.lmol/L03.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈷納米材料的制備方法，其特征在于，步驟I中所述的絡(luò)合劑為檸檬酸、抗壞血酸、乙二胺四乙酸、葡萄糖、淀粉或蔗糖中的任意一種，分散劑為聚乙烯吡咯烷酮。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈷納米材料的制備方法，其特征在于，步驟I中所述的硝酸鈷與絡(luò)合劑的摩爾比為1:0.5-1:2 ;硝酸鈷與分散劑的摩爾比為1:2-1:4。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈷納米材料的制備方法，其特征在于，步驟2中所述的干燥溫度為150-200°C，干燥時間為10-15小時。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈷納米材料的制備方法，其特征在于，步驟3中所述的煅燒溫度為300-500°C，煅燒時間為5-7小時，升溫速率為5°C /min。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種鈷納米材料的制備方法。包括以下步驟：1）將六水合硝酸鈷、絡(luò)合劑、分散劑依次加入到0.1L去離子水中，磁力攪拌，得到混合溶液；2）將上述溶液放在150-200℃的干燥箱中干燥至疏松多孔狀態(tài)；3）將前驅(qū)體放在300-500℃的管式爐中高溫煅燒5-7小時，即可得到鈷納米材料。本發(fā)明原料采用含有六個結(jié)晶水的硝酸鈷和幾種常見的碳水化合物，原料廉價易得，成本低，非常有利于工業(yè)生產(chǎn)。
【IPC分類】B22F9/24, B82Y40/00
【公開號】CN105328202
【申請?zhí)枴緾N201410398839
【發(fā)明人】李平云, 張朋, 周漢斌, 姜煒, 李鳳生, 劉宏英, 郭效德, 鄧國棟, 顧志明, 王玉姣
【申請人】南京理工大學(xué)
【公開日】2016年2月17日
【申請日】2014年8月13日