本發(fā)明涉及一種氫氧化鈷的合成方法，特別涉及一種具有六邊形納米片狀結(jié)構(gòu)的氫氧化鈷的合成方法。

背景技術：

片狀氫氧化鈷以及由片狀氫氧化鈷獲得納米級的片狀氧化鈷、四氧化三鈷具有獨特的層狀結(jié)構(gòu)、多電子的反應特征以及良好的氧化還原反應活性，在超級電容器、鋰離子電池、鎳氫電池中有廣泛的應用價值。尤其作為超級電容器電極材料，片狀氫氧化鈷理論比電容為3458F/g，具有非常好的應用價值。采用傳統(tǒng)方法制得的氫氧化鈷比電容在200～341F/g范圍內(nèi)，獲得納米級的片狀氫氧化鈷是提高其性能的關鍵。目前國內(nèi)外氫氧化鈷的合成方法主要是采用氯化鈷和氫氧化鈉直接反應法(池汝安，陳志偉，路莎莎.武漢工程大學學報ISTIC,2014,36(4)，7-11)、水熱法(Liu X,Yi R,Zhang N,et al.Chemistry–An Asian Journal,2008,3(4)，732-738；莫麗萍，石俊等.西北師范大學學報，2008，44(1)，56-68)。這兩種方法已成熟應用，但存在以下問題：

(1)采用氫氧化鈉與氯化鈷、硝酸鈷和硫酸鈷反應沉淀：利用氫氧化鈉作為沉淀劑時，反應速度很快，反應條件很難控制，生成的氫氧化鈷基本上是無定形的，產(chǎn)物的形貌很難控制，且產(chǎn)物的粒徑很大，比表面積低。而且在強堿條件下，氫氧化鈷容易被氧化。

(2)用水熱法制備納米六邊形片狀氫氧化鈷：水熱法制備氫氧化鈷，通常是采用有機胺，如乙二胺、三乙胺等作為堿性沉淀劑和鈷離子配位體，在較高的溫度下，與鈷離子緩慢沉淀，最終獲得六邊形片狀氫氧化鈷。雖然該方法可以獲得規(guī)則的納米片狀氫氧化鈷，但是反應物濃度很低，產(chǎn)量低，而且反應溫度高，時間長，很難實現(xiàn)批量化生產(chǎn)。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種可在室溫下，快速、簡便并且大量制備六邊形片狀氫氧化鈷的合成方法。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術方案：

一種六邊形片狀氫氧化鈷的合成方法，包括如下步驟：先將鈷鹽溶解于去離子水中，得到鈷鹽溶液；再將苛性堿和一種或幾種小分子含氮配體溶解于去離子水中 作為沉淀劑溶液；然后將沉淀劑溶液加入鈷鹽溶液中，與鈷離子反應生成氫氧化鈷。

所述的鈷鹽可為硝酸鈷、氯化鈷或硫酸鈷。

所述的苛性堿可為氫氧化鈉或氫氧化鉀。

所述的小分子含氮配體為C_xH_yRR’R”(NH_z’)_z，其中，x≥0，y≥0，z≥1，z’≥0；優(yōu)選的，10≥x≥0，30≥y≥0，6≥z≥1，4≥z’≥0，x、y和z’為0或整數(shù)，z為整數(shù)；R、R’、R”是H或含碳0～10的烷基。如水合肼、乙二胺和/或三乙胺等。

上述反應中，鈷鹽溶液的濃度在1mol/L～0.001mol/L之間，苛性堿與鈷鹽的摩爾比為0.1:1-10:1，小分子含氮配體與鈷鹽的摩爾比為0.01:1-40:1。

上述方法中，將沉淀劑溶液快速(如在5分鐘內(nèi))加入鈷鹽溶液中；反應需在強烈的攪拌下進行，如轉(zhuǎn)速范圍為50-1000轉(zhuǎn)/分；且無需保護氣氛。反應后進行清洗(如離心清洗，去離子水和無水乙醇清洗)，干燥(如在氮氣氣氛，60℃下)，得到六邊形納米片狀氫氧化鈷。

本發(fā)明在氫氧根離子與鈷離子反應沉淀過程中，加入一種或幾種一定量的小分子含氮配體，含氮配體與鈷離子有強烈的配合作用，使得氫氧化鈷按照一定方向生長，最后形成邊長100-400納米的六邊形片狀結(jié)構(gòu)；該片狀結(jié)構(gòu)可以在較高的濃度和室溫條件下獲得，且反應時間很短，可實現(xiàn)批量生產(chǎn)。

本發(fā)明的合成方法的優(yōu)點：采用小分子含氮配體作為氫氧化鈷沉淀的輔助劑，不僅抑制了氫氧化鈷的氧化，還促進了氫氧化鈷分子的定向排列，在水溶液中，在很寬的濃度范圍內(nèi)，僅向堿溶液中加入一定量的小分子含氮配體，即可使氫氧根離子和鈷離子的沉淀產(chǎn)物形成規(guī)則的六邊形納米片狀氫氧化鈷。反應過程中不需要加入分散劑，反應快速，產(chǎn)物易分離。本發(fā)明的合成方法是一種極其簡單，有很好工業(yè)化生產(chǎn)應用前景的片狀納米氫氧化鈷合成方法。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例1合成的六邊形片狀氫氧化鈷的透射電鏡圖譜。

圖2是本發(fā)明實施例2合成的六邊形片狀氫氧化鈷的透射電鏡圖譜。

圖3是本發(fā)明實施例2合成的六邊形片狀氫氧化鈷的X射線衍射譜圖。

具體實施方式

本發(fā)明揭示了一種簡便合成六邊形納米片狀氫氧化鈷的方法，具體步驟如下：首先配置一定濃度的氯化鈷水溶液，然后配置一定濃度的苛性堿和一種或兩種以上小分子含氮配體的混合溶液。在劇烈攪拌(轉(zhuǎn)速范圍為50-1000轉(zhuǎn)/分)的情況下，將苛性堿和小分子含氮配體混合溶液直接快速(5分鐘內(nèi))加入至氯化鈷溶液中，攪 拌半小時，然后離心清洗。清洗后產(chǎn)物經(jīng)過熱處理可獲得六邊形片狀氧化鈷。

以下實施例進一步說明本發(fā)明的內(nèi)容，但不應理解為對本發(fā)明的限制。

實施例1

配置0.5mol/L的氯化鈷水溶液；將10g氫氧化鈉和1ml水合肼溶解于去離子水中。在強烈攪拌的情況下，向氯化鈷溶液中快速加入氫氧化鈉和水合肼混合溶液，使得氫氧化鈉和氯化鈷的摩爾比為5:1，水合肼與氯化鈷的摩爾比為0.35:1，充分反應，用去離子水和無水乙醇清洗，然后在氮氣氣氛，60℃下干燥4小時，即可得到如圖1所示的六邊形納米片狀氫氧化鈷。

實施例2

配置0.005mol/L的氯化鈷水溶液；將0.05g氫氧化鈉和0.5ml水合肼溶解于去離子水中。在強烈攪拌的情況下，向氯化鈷溶液中快速加入氫氧化鈉和水合肼混合溶液，使得氫氧化鈉和氯化鈷的摩爾比為2.5:1，水合肼與氯化鈷的摩爾比為17.5:1，充分反應，用去離子水和無水乙醇清洗，然后在氮氣氣氛下，60℃下干燥4小時，即可得到如圖2所示的六邊形納米片狀氫氧化鈷。圖3顯示所合成的六邊形納米片狀氫氧化鈷具有很好的晶體結(jié)構(gòu)，所合成的六邊形納米片狀氫氧化鈷為β氫氧化鈷。

實施例3

配置0.05mol/L的氯化鈷水溶液；將0.5g氫氧化鈉和10ml水合肼溶解于去離子水中。在強烈攪拌的情況下，向氯化鈷溶液中快速加入氫氧化鈉和水合肼混合溶液，使得氫氧化鈉和氯化鈷的摩爾比為2.5:1，水合肼與氯化鈷的摩爾比為35:1，充分反應，用去離子水和無水乙醇清洗，然后在氮氣氣氛，60℃下干燥4小時，即可得到六邊形納米片狀氫氧化鈷。

實施例4

配置0.05mol/L的氯化鈷水溶液；將1g氫氧化鈉和1ml水合肼溶解于去離子水中。在強烈攪拌的情況下，向氯化鈷溶液中快速加入氫氧化鈉和水合肼混合溶液，使得氫氧化鈉和氯化鈷的摩爾比為5:1，水合肼與氯化鈷的摩爾比為3.5:1，充分反應，用去離子水和無水乙醇清洗，然后在氮氣氣氛，60℃下干燥4小時，即可得到六邊形納米片狀氫氧化鈷。

實施例5

配置0.05mol/L的氯化鈷水溶液；將0.5g氫氧化鉀和1ml水合肼溶解于去離子水中。在強烈攪拌的情況下，向氯化鈷溶液中快速加入氫氧化鉀和水合肼混合溶液，使得氫氧化鉀和氯化鈷的摩爾比為1.8:1，水合肼與氯化鈷的摩爾比為3.5:1，充分反應，用去離子水和無水乙醇清洗，然后在氮氣氣氛，60℃下干燥4小時，即可得 到六邊形納米片狀氫氧化鈷。

實施例6

配置0.05mol/L的氯化鈷水溶液；將1g氫氧化鉀和0.5g乙二胺、1ml水合肼溶解于去離子水中。在強烈攪拌的情況下，向氯化鈷溶液中快速加入氫氧化鉀和乙二胺混合溶液，使得氫氧化鉀和氯化鈷的摩爾比為3.6:1，水合肼和乙二胺與氯化鈷的摩爾比為5.2:1，充分反應，用去離子水和無水乙醇清洗，然后在氮氣氣氛，60℃下干燥4小時，即可得到六邊形納米片狀氫氧化鈷。

實施例7

配置0.05mol/L的氯化鈷水溶液；將1g氫氧化鉀和0.5g三乙胺溶解于去離子水中。在強烈攪拌的情況下，向氯化鈷溶液中快速加入氫氧化鉀和三乙胺混合溶液，使得氫氧化鉀和氯化鈷的摩爾比為3.6:1，三乙胺與氯化鈷的摩爾比為1:1，充分反應，用去離子水和無水乙醇清洗，然后在氮氣氣氛，60℃下干燥4小時，即可得到六邊形納米片狀氫氧化鈷。

實施例8

配置0.05mol/L的硝酸鈷水溶液；將1g氫氧化鉀和0.5g三乙胺溶解于去離子水中。在強烈攪拌的情況下，向硝酸鈷溶液中快速加入氫氧化鉀和三乙胺混合溶液，使得氫氧化鉀和硝酸鈷的摩爾比為3.6:1，三乙胺與硝酸鈷的摩爾比為1:1，充分反應，用去離子水和無水乙醇清洗，然后在氮氣氣氛，60℃下干燥4小時，即可得到六邊形納米片狀氫氧化鈷。

實施例9

配置0.001mol/L的硫酸鈷水溶液；將0.01g氫氧化鉀和0.05g三乙胺溶解于去離子水中。在強烈攪拌的情況下，向硫酸鈷溶液中快速加入氫氧化鉀和三乙胺混合溶液，使得氫氧化鉀和硫酸鈷的摩爾比為1.8:1，三乙胺與硫酸鈷的摩爾比為5:1，充分反應，用去離子水和無水乙醇清洗，然后在氮氣氣氛，60℃下干燥4小時，即可得到六邊形納米片狀氫氧化鈷。

實施例10

配置0.5mol/L的硝酸鈷水溶液；將10g氫氧化鈉和0.05ml水合肼溶解于去離子水中。在強烈攪拌的情況下，向硝酸鈷溶液中快速加入氫氧化鈉和水合肼混合溶液，使得氫氧化鈉和硝酸鈷的摩爾比為5:1，水合肼與硝酸鈷的摩爾比為0.02:1，充分反應，用去離子水和無水乙醇清洗，然后在氮氣氣氛，60℃下干燥4小時，即可得到六邊形納米片狀氫氧化鈷。

實施例11

配置1.0mol/L的氯化鈷水溶液；將5g氫氧化鈉和0.05ml水合肼溶解于去離子水中。在強烈攪拌的情況下，向氯化鈷溶液中快速加入氫氧化鈉和水合肼混合溶液，使得氫氧化鈉和氯化鈷的摩爾比為1.25:1，水合肼與氯化鈷的摩爾比為0.01:1，充分反應，用去離子水和無水乙醇清洗，然后在氮氣氣氛，60℃下干燥4小時，即可得到六邊形納米片狀氫氧化鈷。

實施例12

配置0.5mol/L的硫酸鈷水溶液；將1g氫氧化鉀和0.1ml水合肼溶解于去離子水中。在強烈攪拌的情況下，向硫酸鈷溶液中快速加入氫氧化鉀和水合肼混合溶液，使得氫氧化鉀和硫酸鈷的摩爾比為3.5:1，水合肼與硫酸鈷的摩爾比為0.35:1，充分反應，用去離子水和無水乙醇清洗，然后在氮氣氣氛，60℃下干燥4小時，即可得到六邊形納米片狀氫氧化鈷。

對實施例1-12得到的產(chǎn)品，采用透射電鏡和X射線衍射法進行檢測，可以看到最終得到的產(chǎn)品氫氧化鈷均為邊長100-400納米的六邊形片狀結(jié)構(gòu)。該六邊形片狀結(jié)構(gòu)可以在較高的濃度和室溫條件下獲得，且反應時間很短，可實現(xiàn)批量生產(chǎn)。