本發(fā)明涉及納米顆粒的檢測領(lǐng)域，具體涉及一種Co₃O₄納米顆粒的粒度檢測方法。

背景技術(shù)：

納米顆粒一般是指尺寸在1納米～100納米之間的顆粒，由于其粒徑小、比表面積大，它具有量子尺寸效應(yīng)、體積效應(yīng)、表面與界面效應(yīng)、宏觀量子隧道效應(yīng)、介電限域效應(yīng)等特異效應(yīng)，并由此派生出傳統(tǒng)固體不具有的許多物理化學(xué)性能。科學(xué)家們預(yù)言，納米顆粒的誕生將會(huì)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)方式的飛躍，將會(huì)對人類社會(huì)發(fā)展和進(jìn)步產(chǎn)生重大而深遠(yuǎn)的影響。

納米Co₃O₄是工程技術(shù)上有重要用途的尖晶石過渡金屬氧化物，因在鋰離子電池、超級(jí)電容器、氣體傳感器和催化劑等諸多領(lǐng)域有較廣泛的應(yīng)用而備受關(guān)注。首先，納米Co₃O₄常被用作鋰離子電池的電極材料。例如，劉艷等采用水熱法制備了Co₃O₄微球用作鋰離子正極材料，12次充放電循環(huán)后容量保持率為90％，25次充放電循環(huán)后，容量保持在550.2mA·h·g^-1。納米Co₃O₄薄膜電極也用于鋰離子電池中，與非薄膜電極相比，薄膜電極在制備過程中不需要加入導(dǎo)電劑和黏結(jié)劑。其次，納米Co₃O₄具有良好的贗電容性能、耐腐蝕性、較低的價(jià)格和較長的使用壽命，是一種具有發(fā)展?jié)摿Φ某?jí)電容器電極材料。再次，曹安民等發(fā)現(xiàn)納米Co₃O₄還可以用作乙醇傳感器材料，且試驗(yàn)結(jié)果呈現(xiàn)出顯著且穩(wěn)定的靈敏性。最后，Co₃O₄結(jié)晶具有較高的晶體場穩(wěn)定化能，在空氣中低于800℃時(shí)十分穩(wěn)定，是一種性能優(yōu)良的過渡金屬化合物催化劑材料，在催化領(lǐng)域中，對于CO和烴類氧化、NO分解和氨氧化等反應(yīng)具有較好的催化活性。

目前，Co₃O₄納米顆粒常用的檢測方法主要有掃描電子顯微鏡(SEM)、透射電子顯微鏡(TEM)、原子力顯微鏡(AFM)等。而這些分析方法所用的儀器往往價(jià)格昂貴，操作復(fù)雜，表征成本很高，并且高分辨的顯微鏡往往很難實(shí)現(xiàn)大范圍的觀測，無法滿足實(shí)際材料表征的需求。

因此，目前亟需一種成本低、快速便捷、檢測范圍大的檢測Co₃O₄納米顆粒的方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是目前亟需一種成本低、快速便捷、檢測范圍大的檢測Co₃O₄納米顆粒的方法。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是提供了一種Co₃O₄納米顆粒的粒度檢測方法，包括以下步驟：

制備KBr空白片，并利用紅外光譜儀采集背景譜圖；

將Co₃O₄納米顆粒與KBr粉末進(jìn)行混合，并進(jìn)行壓片，并使Co₃O₄納米顆粒在壓片中的質(zhì)量百分比為0.01％～30％，利用紅外光譜儀掃描得到樣品譜圖；

對樣品譜圖進(jìn)行處理，觀察樣品譜圖在在波數(shù)為1384.1cm^-1處是否有一處明顯的波峰，若有，則表明該樣品的粒度小于50納米，若沒有，則表明該樣品的粒度大于50納米。

在上述方案中，所述Co₃O₄納米顆粒的粒度為1納米～100納米。

在上述方案中，所述KBr空白片的純度為紅外光譜級(jí)、99.999％、99.995％、99.99％中的一種。

在上述方案中，所述Co₃O₄納米顆粒在壓片中的質(zhì)量百分比為0.1％～10％。

在上述方案中，所述紅外光譜為漫反射紅外光譜或者透射紅外光譜。

本發(fā)明利用表面增強(qiáng)效應(yīng)，使得粒度小于50納米的顆粒很容易地在紅外光譜中產(chǎn)生表面增強(qiáng)效應(yīng)，與傳統(tǒng)的Co₃O₄顆粒的檢測方法如掃描電子顯微鏡(SEM)、透射電子顯微鏡(TEM)、原子力顯微鏡(AFM)等相比，檢測成本低、簡單易行、表征范圍大，可迅速區(qū)分Co₃O₄微米顆粒和Co₃O₄納米顆粒，簡單、快捷地檢測Co₃O₄納米顆粒的粒度是否是小于50納米的顆粒，無論在實(shí)驗(yàn)室還是工業(yè)上，都可以得到廣泛應(yīng)用。

附圖說明

圖1為實(shí)施例一中兩個(gè)壓片的漫反射紅外光譜圖；

圖2為實(shí)施例一中兩個(gè)壓片的掃描電鏡圖片；

圖3為實(shí)施例一中兩個(gè)壓片的X射線能譜圖；

圖4為實(shí)施例一中兩個(gè)壓片的拉曼光譜圖；

圖5為實(shí)施例一中兩個(gè)壓片的X射線衍射圖；

圖6為實(shí)施例二、實(shí)施例三和實(shí)施例四的壓片的漫反射紅外光譜圖；

圖7為實(shí)施例二、實(shí)施例三和實(shí)施例四的壓片的掃描電鏡圖片。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例和說明書附圖對本發(fā)明予以詳細(xì)說明。

本發(fā)明提供的一種Co₃O₄納米顆粒的粒度檢測方法，包括以下步驟：

制備KBr空白片，并利用紅外光譜儀采集背景譜圖；

將Co₃O₄納米顆粒與KBr粉末進(jìn)行混合，并進(jìn)行壓片，并使Co₃O₄納米顆粒在壓片中的質(zhì)量百分比為0.01％～30％，利用紅外光譜儀掃描得到樣品譜圖；

對樣品譜圖進(jìn)行處理，觀察樣品譜圖在在波數(shù)為1384.1cm^-1處是否有一處明顯的波峰，若有，則表明該樣品的粒度小于50納米，若沒有，則表明該樣品的粒度大于50納米。

優(yōu)選地，Co₃O₄納米顆粒的粒度為1納米～100納米。

優(yōu)選地，KBr空白片的純度為紅外光譜級(jí)、99.999％、99.995％、99.99％中的一種。KBr空白片的純度越高，其檢測效果越好。

優(yōu)選地，Co₃O₄納米顆粒在壓片中的質(zhì)量百分比為0.1％～10％，這個(gè)質(zhì)量比例更利于檢測。

優(yōu)選地，紅外光譜為漫反射紅外光譜或者透射紅外光譜。

利用紅外光譜對物質(zhì)分子進(jìn)行的分析和鑒定。將一束不同波長的紅外射線照射到物質(zhì)的分子上，某些特定波長的紅外射線被吸收，形成這一分子的紅外吸收光譜。每種分子都有由其組成和結(jié)構(gòu)決定的獨(dú)有的紅外吸收光譜，據(jù)此可以對分子進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析和鑒定。

實(shí)施例一

稱取適量的紅外光譜級(jí)的KBr粉末，研磨、過篩，放入壓片模具中壓片。之后裝入樣品池，用NICOLEF 6700紅外光譜儀在4cm^-1的分辨率下掃描背景譜圖，保存。

制備兩個(gè)壓片：將適量Aldrich的直徑為1微米至10微米內(nèi)的Co₃O₄納米顆粒與紅外光譜級(jí)的KBr粉末，在研缽混合均勻，且Co₃O₄納米顆粒在混合物中的質(zhì)量濃度為0.1％～10％，研磨成粉末，過篩，壓片。同時(shí)利用直徑為1納米～50納米的Co₃O₄納米顆粒替換掉直徑為1微米至10微米的Co₃O₄微米顆粒，制成壓片。

用NICOLEF 6700紅外光譜儀在4cm^-1的分辨率下掃描得到兩份樣品譜圖，保存。

用Omnic軟件對紅外譜圖進(jìn)行處理，觀察Co₃O₄納米顆粒的漫反射紅外光譜圖像，如圖1所示：圖1中上面的曲線代表直徑為1微米至10微米的Co₃O₄納米顆粒的壓片，該樣品的紅外譜圖在1384.1cm^-1處沒有出峰，表明該樣品的粒度大于50納米；圖1中下面的曲線代表直徑為1納米～50納米內(nèi)的Co₃O₄納米顆粒的壓片，由圖1可以看出，該樣品的紅外譜圖在1384.1cm^-1處有一個(gè)明顯的峰，表明該樣品的粒度小于50納米。

為驗(yàn)證以上的檢測結(jié)果，利用現(xiàn)有的檢測方法分別對上述兩個(gè)壓片進(jìn)行檢測：

1.SEM表征

直徑為1微米～10微米的Co₃O₄納米顆粒的壓片的表征結(jié)果如圖2中的左側(cè)圖片所示，比例尺為2微米，根據(jù)圖例顯示，該樣品粒度在1微米到3微米之間，大于50納米。

直徑為1納米～50納米內(nèi)的Co₃O₄納米顆粒的壓片的表征結(jié)果如圖2中的右側(cè)圖片所示，比例尺為200納米，根據(jù)圖例顯示，該樣品粒度大約是30納米，小于50納米。

2.EDS表征

直徑為1微米～10微米的Co₃O₄納米顆粒的壓片的表征結(jié)果如圖3的左側(cè)曲線所示。根據(jù)圖例顯示，該樣品是由Co原子和O原子組成，確定此樣品是Co₃O₄。

直徑為1納米～50納米內(nèi)的Co₃O₄納米顆粒的壓片的表征結(jié)果如圖3的右側(cè)曲線所示。根據(jù)圖例顯示，該樣品是由Co原子和O原子組成，確定此樣品是Co₃O₄。

3.拉曼光譜測試

直徑為1微米～10微米的Co₃O₄納米顆粒的壓片的測試結(jié)果如圖4中下面的曲線所示。直徑為1納米～50納米內(nèi)的Co₃O₄納米顆粒的壓片的測試結(jié)果如圖4中上面的曲線所示。對比圖4中的兩條拉曼光譜可知，Co₃O₄納米顆粒和Co₃O₄微米顆粒在拉曼光譜中的出峰位置是一致的，所以通過拉曼光譜測試是不能區(qū)分Co₃O₄納米顆粒和Co₃O₄微米顆粒的，無法檢測粒度大小。

4.XRD表征

直徑為1微米～10微米的Co₃O₄納米顆粒的壓片的表征結(jié)果如圖5中上面的曲線所示。直徑為1納米～50納米內(nèi)的Co₃O₄納米顆粒的壓片的表征結(jié)果如圖5中下面的曲線所示。對比圖5中的兩條曲線，衍射峰的出峰位置基本一致，沒有太大區(qū)別，所以通過XRD表征也是很難區(qū)分出Co₃O₄納米顆粒和Co₃O₄微米顆粒的，無法檢測粒度大小。

由此可知，利用SEM表征和EDS表征可知，利用本發(fā)明的檢測方法得到的檢測結(jié)果是正確的。而通過現(xiàn)有的拉曼光譜測試和XRD表征的檢測方法則檢測不出Co₃O₄的粒度是否大于50納米。

實(shí)施例二

按照與實(shí)施例一相同的方法，將Aldrich的直徑為1納米至50納米的Co₃O₄納米顆粒替換成Alfa-Aesar的第一種Co₃O₄顆粒，進(jìn)行紅外光譜測試。

實(shí)施例三

按照與實(shí)施例一相同的方法，將Aldrich的直徑為1納米至50納米的Co₃O₄納米顆粒替換成Aldrich的第二種Co₃O₄顆粒，進(jìn)行紅外光譜測試。

實(shí)施例四

按照與實(shí)施例一相同的方法，將Aldrich的直徑為1納米至50納米的Co₃O₄納米顆粒替換成Alfa-Aesar的第三種Co₃O₄顆粒，進(jìn)行紅外光譜測試。

實(shí)施例二、實(shí)施例三和實(shí)施例四的測試結(jié)果分別如圖6中由上到下的三條曲線所示，實(shí)施例二和實(shí)施例三的紅外譜圖在1384.1cm^-1處都沒有出峰，表明這兩種樣品的粒度大于50納米，實(shí)施例四的樣品的紅外譜圖在1384.1cm^-1處有一個(gè)明顯的峰，表明該樣品的粒度小于50納米。

為驗(yàn)證以上的檢測結(jié)果，分別對實(shí)施例二、實(shí)施例三和實(shí)施例四中的Co₃O₄納米顆粒進(jìn)行SEM表征，表征結(jié)果分別為圖7中由左至右、由上到下的三張圖片所示：第一張圖片的比例尺為2微米，根據(jù)圖例顯示，該樣品粒度大部分都在微米級(jí)，大于50納米。第二張圖片的比例尺為1微米，根據(jù)圖例顯示，該樣品粒度大部分都在80納米到300納米，大于50納米。第三張圖片的比例尺為200納米，根據(jù)圖例顯示，該樣品粒度基本都在30納米左右，小于50納米。

可知，利用本發(fā)明的方法進(jìn)行檢測的檢測結(jié)果是正確的，具有很高精確度。

表面增強(qiáng)紅外光譜(SEIRA)現(xiàn)象自Hartstein等人在1980年采用全內(nèi)反射(ATR)方法研究濺射在Si基底上的島狀A(yù)g、Au薄膜對硝基苯基酸(PNBA)等分子的吸附時(shí)首次發(fā)現(xiàn)以來，引起了科學(xué)家對納米結(jié)構(gòu)薄膜上吸附物種的紅外光譜研究的廣泛興趣。當(dāng)紅外光照射金屬膜時(shí)，金屬顆粒上的電子共振集體被激發(fā)，環(huán)金屬表面形成強(qiáng)烈的電磁場，增強(qiáng)的電磁場從而激發(fā)金屬表面附近的分子振動(dòng)，而表面吸附分子的信號(hào)會(huì)比沒有金屬時(shí)的紅外吸收信號(hào)增強(qiáng)10～1000倍。

本發(fā)明利用表面增強(qiáng)效應(yīng)，使得粒度小于50納米的顆粒很容易地在紅外光譜中產(chǎn)生表面增強(qiáng)效應(yīng)，與傳統(tǒng)的Co₃O₄顆粒的檢測方法如掃描電子顯微鏡(SEM)、透射電子顯微鏡(TEM)、原子力顯微鏡(AFM)等相比，檢測成本低、簡單易行、表征范圍大，可迅速區(qū)分Co₃O₄微米顆粒和Co₃O₄納米顆粒，簡單、快捷地檢測Co₃O₄納米顆粒的粒度是否是小于50納米的顆粒，無論在實(shí)驗(yàn)室還是工業(yè)上，都可以得到廣泛應(yīng)用。

本發(fā)明不局限于上述最佳實(shí)施方式，任何人應(yīng)該得知在本發(fā)明的啟示下作出的結(jié)構(gòu)變化，凡是與本發(fā)明具有相同或相近的技術(shù)方案，均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。