绿色低温快速合成羟基氧化钴纳米片的方法

838 编辑：中冶有色技术网来源：上海纳米技术及应用国家工程研究中心有限公司

2023-12-08 14:14:55

权利要求书： 1.一种绿色低温快速合成羟基氧化钴纳米片的方法，其特征在于，通过蠕动泵控制流量将氯化钴溶液、氢氧化钠溶液和去离子水混合均匀后，向溶液中滴加次氯酸钠溶液，搅拌离心；将得到的黑色沉淀物放入真空干燥箱中进行干燥；所得的黑色固体即为二维羟基氧化钴纳米片，包括以下步骤：(1)制备0.01 0.15mol/L的氯化钴溶液~

在500ml的烧杯中加入200ml去离子水，使用分析天平称量1.43 23g六水合氯化钴，~放入烧杯中，使用磁力搅拌器搅拌使六水合氯化钴完全溶解；

(2)制备0.2 2.5mol/L的氢氧化钠溶液~

在250ml的烧杯中加入100ml去离子水，使用分析天平称量2.0 5.60g氢氧化钠，放~入烧杯中，使用磁力搅拌器搅拌使氢氧化钠完全溶解；

(3)制备羟基氧化钴纳米片

a.通过蠕动泵控制流量向反应釜中加入上述制备的氯化钴溶液、氢氧化钠溶液和去离子水，通过流量控制混合液的pH值9?11；

b.将溶液在磁力搅拌器上进行搅拌，搅拌时间为1 2小时；

~

c.搅拌结束后，将液体置于超声仪中超声；

d.向超声后的液体中缓慢滴加次氯酸钠溶液；

e.将反应溶液在磁力搅拌器上搅拌3 5小时，收集反应后的液体在离心机以6000~r/min的转速离心后，去除上层清液，向离心所得的沉淀中加入40ml去离子水，洗涤后再次离心，重复3次；

f.将最终得到的离心产物在40 50℃的真空干燥箱中干燥12 18小时，收集反应~ ~得到的黑色固体，即为所需产物羟基氧化钴。

2.根据权利要求1所述的绿色低温快速合成羟基氧化钴纳米片的方法，其特征在于：在步骤（3）中，加入的氯化钴溶液、氢氧化钠溶液和去离子水体积分别为：60ml、90ml、180ml。

3.根据权利要求1所述的绿色低温快速合成羟基氧化钴纳米片的方法，其特征在于：在步骤（3）中，蠕动泵控制流量在8ml/min 25ml/min。

~

4.根据权利要求1所述的绿色低温快速合成羟基氧化钴纳米片的方法，其特征在于：在步骤（3）中，磁力搅拌器的转速为600 750r/min。

~

5.根据权利要求1所述的绿色低温快速合成羟基氧化钴纳米片的方法，其特征在于：在步骤（3）中，超声的频率为3500hz，超声时间为0.5 2.5小时。

~

6.根据权利要求1所述的绿色低温快速合成羟基氧化钴纳米片的方法，其特征在于：在步骤（3）中，次氯酸钠溶液的浓度为0.2 2.5mol/L，体积为1.5ml，反应溶液颜色逐渐由~黄褐色变为黑褐色。

说明书：一种绿色低温快速合成羟基氧化钴纳米片的方法技术领域[0001] 本发明属于无机催化材料制备领域，具体涉及一种绿色低温快速合成羟基氧化钴纳米片的方法。背景技术[0002] 羟基氧化钴（CoOOH）在光电催化、锂离子电池负极材料以及生物医学领域有着广泛的应用。近年来，二维（2D）原子薄的纳米片在改善光电化学性能方面显示出显著的优势。因为这些二维纳米片是超薄的，载流子传输距离被缩短，电子结构被改变，有利于快速光电化学反应。二维超薄纳米片的出现为我们提供了一个思路，即通过将材料薄化为原子级的纳米结构可以减少电子?空穴复合。因此，CoOOH的二维片状纳米结构能够增加其比表面积和表面活性位点，二维结构能够提升增加载流子的分离效率，避免电子和空穴的复合。

发明内容[0003] 本发明目的在于提供一种绿色低温快速合成羟基氧化钴纳米片的方法。[0004] 为实现以上目的，本发明采用如下技术方案：一种绿色低温快速合成羟基氧化钴纳米片的方法，通过蠕动泵控制流量将氯化钴溶液、氢氧化钠溶液和去离子水混合均匀后，向溶液中滴加次氯酸钠溶液，搅拌离心；将得到的黑色沉淀物放入真空干燥箱中进行干燥；所得的黑色固体即为二维羟基氧化钴纳米片，包括以下步骤：

（1）制备0.01 0.15mol/L的氯化钴溶液

~

在500ml的烧杯中加入200ml去离子水，使用分析天平称量1.43 23g六水合氯~

化钴，放入烧杯中，使用磁力搅拌器搅拌使六水合氯化钴完全溶解；

（2）制备0.2 2.5mol/L的氢氧化钠溶液

~

在250ml的烧杯中加入100ml去离子水，使用分析天平称量2.0 5.60g氢氧化~

钠，放入烧杯中，使用磁力搅拌器搅拌使氢氧化钠完全溶解；

（3）制备羟基氧化钴纳米片

a.通过蠕动泵控制流量向反应釜中加入上述制备的氯化钴溶液、氢氧化钠溶液和去离子水，通过流量控制混合液的pH值9?11；

b.将溶液在磁力搅拌器上进行搅拌，搅拌时间为1 2小时；

~

c.搅拌结束后，将液体置于超声仪中超声；

d.向超声后的液体中缓慢滴加次氯酸钠溶液；

e.将反应溶液在磁力搅拌器上搅拌3 5小时，收集反应后的液体在离心机以~

6000r/min的转速离心后，去除上层清液，向离心所得的沉淀中加入40ml去离子水，洗涤后再次离心，重复3次；

f.将最终得到的离心产物在40 50℃的真空干燥箱中干燥12 18小时，收集反~ ~

应得到的黑色固体，即为所需产物羟基氧化钴。

[0005] 其中，在步骤（3）中，加入的氯化钴溶液、氢氧化钠溶液和去离子水体积分别为：60ml、90ml、180ml。[0006] 蠕动泵控制流量在8ml/min 25ml/min。~

[0007] 在步骤（3）中，磁力搅拌器的转速为600 750r/min。~

[0008] 在步骤（3）中，超声的频率为3500hz，超声时间为0.5 2.5小时。~

[0009] 在步骤（3）中，次氯酸钠溶液的浓度为0.2 2.5mol/L，体积为1.5ml，反应溶液~颜色逐渐由黄褐色变为黑褐色。

[0010] 具体的，步骤（3）中将溶液在磁力搅拌器上以600r/min的转速搅拌1 2小时后，~将液体置于超声仪中在3500hz下超声0.5 1.5h。向超声后的液体中缓慢滴加加入1.5~

ml的浓度为0.8 1.2mol/L的次氯酸钠溶液，溶液颜色逐渐由黄褐色变为黑褐色。将反应~

溶液在磁力搅拌器上以600r/min的转速搅拌3 6h，收集反应后的液体在离心机中以~

6000r/min的转速离心后，去除上层清液，向离心所得的沉淀中加入40ml去离子水，洗涤后再次离心，重复3次。将最终得到的离心产物在40 50℃的真空干燥箱中干燥12 18小~ ~

时，收集反应得到的黑色固体，即为所需产物羟基氧化钴。

[0011] 通过蠕动泵控制流量将氯化钴溶液、氢氧化钠溶液和去离子水混合均匀，放到磁力搅拌器上搅拌1 2小时后，放到超声仪上进行超声；然后，向溶液中滴加次氯酸钠溶液，~搅拌离心；将得到的黑色沉淀物放入真空干燥箱中进行干燥；所得的黑色固体即为二维羟基氧化钴纳米片。本发明通过搅拌超声的方法在水相低温合成了具有二维结构的羟基氧化钴纳米片，制备出来的羟基氧化钴纳米片具有制备成本低，工艺简单，易制备，稳定性强等特点。

附图说明[0012] 图1为羟基氧化钴纳米片的合成路线示意图；图2为羟基氧化钴纳米片的XRD图；

由图可以看出，谱线在20.09°，37.05°，38.97°，41.9°，50.08°，61.07°，65.28°，

60.34°等处具有明显较强的羟基氧化钴特征峰。将其与标准卡片JCPDS:07?0169对照分析，表现出很好的契合度，且未出现其他杂质峰，说明产物β相的CoOOH纯度较高。

[0013] 图3为羟基氧化钴纳米片的HEM图;图4为羟基氧化钴纳米片的AFM图。

[0014] 从图3（HEM）看，产物CoOOH为纳米片状，从图4（AFM）看，厚度在2.1nm左右。具体实施方式[0015] 为了进一步解释本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施案例对本发明进行详细阐述。[0016] 实施例1一种绿色低温快速合成羟基氧化钴纳米片的方法，合成路线如图1所示，通过蠕动泵控制流量将氯化钴溶液、氢氧化钠溶液和去离子水混合均匀后，向溶液中滴加次氯酸钠溶液，搅拌离心；将得到的黑色沉淀物放入真空干燥箱中进行干燥；所得的黑色固体即为二维羟基氧化钴纳米片，按以下步骤：

（1）制备60ml浓度为0.05mol/L的氯化钴溶液

（3）制备0.6mol/L的氢氧化钠溶液

（3）制备羟基氧化钴纳米片

a.通过蠕动泵控制流量向反应釜中加入上述制备的氯化钴溶液、氢氧化钠溶液和

180ml去离子水，通过流量控制混合液的pH值9.8；

b.将溶液在磁力搅拌器上以650r/min的转速搅拌1小时；

c.搅拌结束后所得混合溶液置于超声仪中在3500hz下超声1h；

d.向超声后的液体中缓慢滴加1.5ml浓度为0.6mol/L的次氯酸钠溶液；

e.将反应溶液在磁力搅拌器上以650r/min的转速搅拌4h，收集反应后的液体在离心机以6000r/min的转速离心后，去除上层清液，向离心所得的沉淀中加入40ml去离子水，洗涤后再次离心，重复3次；

f.将最终得到的离心产物在40℃的真空干燥箱中干燥12小时，收集反应得到的黑色固体，即为所需产物羟基氧化钴。

[0017] 得到的羟基氧化钴XRD图如图2所示，由图可以看出，谱线在20.09°，37.05°，38.97°，41.9°，50.08°，61.07°，65.28°，60.34°等处具有明显较强的羟基氧化钴特征峰。将其与标准卡片JCPDS:07?0169对照分析，表现出很好的契合度，且未出现其他杂质峰，说明产物β相的CoOOH纯度较高。

[0018] HEM图如图3所示，产物CoOOH为纳米片状。[0019] 实施例2一种绿色低温快速合成羟基氧化钴纳米片的方法，合成路线与实施例1相同，按以下步骤：

（1）制备60ml浓度为0.05mol/L的氯化钴溶液

（2）制备1.0mol/L的氢氧化钠溶液

（3）制备羟基氧化钴纳米片

a.通过蠕动泵在反应釜中加入制备好的氯化钴溶液（0.05mol/L,60ml）、氢氧化钠溶液（1.0mol/L）和去离子水（180ml），Ph值控制在9.8；

b.将溶液在磁力搅拌器上以650r/min的转速搅拌1小时;

c.将液体置于超声仪中在3500hz下超声1h;

d.向超声后的液体中缓慢滴加加入1.5ml的浓度为1.0mol/L的次氯酸钠溶液,溶液颜色逐渐由黄褐色变为黑褐色;

e.将反应溶液在磁力搅拌器上以650r/min的转速搅拌4h，收集反应后的液体在离心机中以6000r/min的转速离心后，去除上层清液，向离心所得的沉淀中加入40ml去离子水，洗涤后再次离心，重复3次;

f.将最终得到的离心产物在40℃的真空干燥箱中干燥12小时，收集反应得到的黑色固体，即为所需产物羟基氧化钴。

[0020] 得到的羟基氧化钴XRD图如图2所示，HEM如图3所示。[0021] 实施例3一种绿色低温快速合成羟基氧化钴纳米片的方法，合成路线与实施例1相同，按以下步骤：

（1）制备60ml浓度为0.05mol/L的氯化钴溶液

（2）制备1.4mol/L的氢氧化钠溶液

（3）制备羟基氧化钴纳米片

a.在反应釜中加入制备好的氯化钴溶液（0.05mol/L,60ml）、氢氧化钠溶液（1.4mol/L）和去离子水（180ml），Ph值控制在9.8;

b.将溶液在磁力搅拌器上以650r/min的转速搅拌1小时;

c.将液体置于超声仪中在3500hz下超声1h;

d.向超声后的液体中缓慢滴加加入1.5ml的浓度为1.4mol/L的次氯酸钠溶液，溶液颜色逐渐由黄褐色变为黑褐色;

e.将反应溶液在磁力搅拌器上以650r/min的转速搅拌4h，收集反应后的液体在离心机中以6000r/min的转速离心后，去除上层清液，向离心所得的沉淀中加入40ml去离子水，洗涤后再次离心，重复3次;

f.将最终得到的离心产物在40℃的真空干燥箱中干燥12小时，收集反应得到的黑色固体，即为所需产物羟基氧化钴。

[0022] 得到的羟基氧化钴XRD图如图2所示，HEM如图3所示。[0023] 上述实施例1至3中氯化钴溶液浓度和加入量不变，氢氧化钠溶液浓度不同。[0024] 对比例：改变氯化钴溶液，合成路线与实施例1相同，其中，对比例1

一种绿色低温快速合成羟基氧化钴纳米片的方法，合成路线与实施例1相同，按以下步骤：

（1）制备60ml浓度为0.03mol/L的氯化钴溶液

（2）制备1.0mol/L的氢氧化钠溶液

（3）制备羟基氧化钴纳米片

a.通过蠕动泵控制流量向反应釜中加入制备好的氯化钴溶液（0.03mol/L,60ml）、氢氧化钠溶液（1.0mol/L）和去离子水（180ml），Ph值控制在9.8;

b.将溶液在磁力搅拌器上以650r/min的转速搅拌1小时;

c.将液体置于超声仪中在3500hz下超声1h;

d.向超声后的液体中缓慢滴加1.5ml的浓度为1.0mol/L的次氯酸钠溶液，溶液颜色逐渐由黄褐色变为黑褐色;

e.将反应溶液在磁力搅拌器上以650r/min的转速搅拌4h，收集反应后的液体在离心机中以6000r/min的转速离心后，去除上层清液，向离心所得的沉淀中加入40ml去离子水，洗涤后再次离心，重复3次;

f.将最终得到的离心产物在40℃的真空干燥箱中干燥12小时，收集反应得到的黑色固体，即为所需产物羟基氧化钴。

[0025] 得到的羟基氧化钴XRD图如图2所示，HEM如图3所示。[0026] 对比例2一种绿色低温快速合成羟基氧化钴纳米片的方法，合成路线与实施例1相同，按以下步骤：

（1）制备60ml浓度为0.07mol/L的氯化钴溶液

（2）制备1.0mol/L的氢氧化钠溶液

（3）制备羟基氧化钴纳米片

a.通过蠕动泵控制流量向反应釜中加入制备好的氯化钴溶液（0.07mol/L,60ml）、氢氧化钠溶液（1.0mol/L）和去离子水（180ml），Ph值控制在9.8;

b.将溶液在磁力搅拌器上以650r/min的转速搅拌1小时;

c.将液体置于超声仪中在3500hz下超声1h;

d.向超声后的液体中缓慢滴加加入1.5ml的浓度为1.0mol/L的次氯酸钠溶液，溶液颜色逐渐由黄褐色变为黑褐色;

e.将反应溶液在磁力搅拌器上以650r/min的转速搅拌4h，收集反应后的液体在离心机中以6000r/min的转速离心后，去除上层清液，向离心所得的沉淀中加入40ml去离子水，洗涤后再次离心，重复3次;

f.将最终得到的离心产物在40℃的真空干燥箱中干燥12小时，收集反应得到的黑色固体，即为所需产物羟基氧化钴。得到的羟基氧化钴XRD图如图2所示，HEM如图3所示。

[0027] 对比例3一种绿色低温快速合成羟基氧化钴纳米片的方法，合成路线与实施例1相同，按以下步骤：

（1）制备60ml浓度为0.1mol/L的氯化钴溶液

（2）制备1.0mol/L的氢氧化钠溶液

（3）制备羟基氧化钴纳米片

a.通过蠕动泵控制流量向反应釜中加入制备好的氯化钴溶液（0.1mol/L,60ml）、氢氧化钠溶液（1.0mol/L）和去离子水（180ml），Ph值控制在9.8;

b.将溶液在磁力搅拌器上以650r/min的转速搅拌1小时;

c.将液体置于超声仪中在3500hz下超声1h;

d.向超声后的液体中缓慢滴加加入1.5ml的浓度为1.0mol/L的次氯酸钠溶液，溶液颜色逐渐由黄褐色变为黑褐色;

e.将反应溶液在磁力搅拌器上以650r/min的转速搅拌4h，收集反应后的液体在离心机中以6000r/min的转速离心后，去除上层清液，向离心所得的沉淀中加入40ml去离子水，洗涤后再次离心，重复3次;

f.将最终得到的离心产物在50℃的真空干燥箱中干燥12小时，收集反应得到的黑色固体，即为所需产物羟基氧化钴。

[0028] 对比例4一种绿色低温快速合成羟基氧化钴纳米片的方法，合成路线与实施例1相同，按以下步骤：

（1）制备60ml浓度为0.05mol/L的氯化钴溶液

（2）制备1.0mol/L的氢氧化钠溶液

（3）制备羟基氧化钴纳米片

a.通过蠕动泵控制流量向反应釜中加入制备好的氯化钴溶液（0.05mol/L,60ml）、氢氧化钠溶液（1.0mol/L）和去离子水（180ml），Ph值控制在9.8;

b.将溶液在磁力搅拌器上以650r/min的转速搅拌1小时;

c.将液体置于超声仪中在3500hz下超声1h;

d.向超声后的液体中缓慢滴加加入1.5ml的浓度为0.8mol/L的次氯酸钠溶液，溶液颜色逐渐由黄褐色变为黑褐色;

e.将反应溶液在磁力搅拌器上以650r/min的转速搅拌4h，收集反应后的液体在离心机中以6000r/min的转速离心后，去除上层清液，向离心所得的沉淀中加入40ml去离子水，洗涤后再次离心，重复3次。将最终得到的离心产物在40℃的真空干燥箱中干燥18小时，收集反应得到的黑色固体，即为所需产物羟基氧化钴。

[0029] 对比例5一种绿色低温快速合成羟基氧化钴纳米片的方法，合成路线与实施例1相同，按以下步骤：

（1）制备60ml浓度为0.05mol/L的氯化钴溶液

（2）制备1.0mol/L的氢氧化钠溶液

（3）制备羟基氧化钴纳米片

a.通过蠕动泵控制流量向反应釜中加入制备好的氯化钴溶液（0.05mol/L,60ml）、氢氧化钠溶液（1.0mol/L）和去离子水（180ml），Ph值控制在9.8;

b.将溶液在磁力搅拌器上以650r/min的转速搅拌1小时;

c.将液体置于超声仪中在3500hz下超声1h;

d.向超声后的液体中缓慢滴加1.5ml的浓度为1.2mol/L的次氯酸钠溶液，溶液颜色逐渐由黄褐色变为黑褐色;

e.将反应溶液在磁力搅拌器上以650r/min的转速搅拌4h，收集反应后的液体在离心机中以6000r/min的转速离心后，去除上层清液，向离心所得的沉淀中加入40ml去离子水，洗涤后再次离心，重复3次;

f.将最终得到的离心产物在40℃的真空干燥箱中干燥18小时，收集反应得到的黑色固体，即为所需产物羟基氧化钴。

[0030] 得到的羟基氧化钴XRD图如图2所示，HEM如图3所示。[0031] 本发明对合成的羟基氧化钴进行X射线衍射图谱（XRD）分析，如图2所示。由图可以看出，谱线在20.09°，37.05°，38.97°，41.9°，50.08°，61.07°，65.28°，60.34°等处具有明显较强的羟基氧化钴特征峰。将其与标准卡片JCPDS:07?0169对照分析，表现出很好的契合度，且未出现其他杂质峰，说明产物β相的CoOOH纯度较高。[0032] 从图3（HEM）看，产物CoOOH为纳米片状，从图4（AFM）看，厚度在2.1nm左右。[0033] 综上所述，我们提供了一种在水相低温快速合成二维片状羟基氧化钴的方法，这种方法具有绿色环保，制备成本低，工艺简单等特点。上述具体实施方式只为说明本发明的技术构思及特点，因此在本发明精神的基础上，凡根据本发明精神实质所作的变化，都在本发明的保护范围之内。