在玻璃基底上制備四氧化三鈷納米薄膜的方法
【專利摘要】本發明公開了一種在玻璃上制備無機材料四氧化三鈷（Co3O4）納米薄膜的方法，本發明通過將硝酸鈷溶于甲醇和水的混合溶劑中，然后加入十六烷基三甲基溴化銨CTAB，攪拌或超聲使其完全溶解，將混合溶液移入高壓反應釜的聚四氟乙烯腔體里，再將玻璃基底放入聚四氟乙烯腔體中，密閉加熱反應一段時間，然后自然冷卻至室溫。再將生長了前驅體薄膜的玻璃基底進行洗滌干燥，再經熱處理在玻璃上制備得到Co3O4納米薄膜。本發明的優點：所用試劑均為商業分析純產品，無需繁瑣加工。且原料種類少，成本底，工藝簡單可控，易操作，產物純度高。本發明所制備的產品在半導體行業具有廣泛的用途。
【專利說明】在玻璃基底上制備四氧化三鈷納米薄膜的方法
【技術領域】[0001]本發明的實施方式涉及一種在玻璃基底上制備無機材料四氧化三鈷(Co3O4)納米薄膜的方法。
【背景技術】
[0002]四氧化三鈷(Co3O4)是一種重要的無機P型半導體金屬氧化物，廣泛應用于鋰離子電池、催化劑、超級電容器、傳感器、磁性材料等領域。Co3O4由于來源豐富、價廉易得、化學性質穩定等優點在光催化劑領域有巨大的潛在應用價值。與粉末不同，在玻璃上生長的薄膜在作為光催化材料時具有易于器件化、操作便利、易于回收、不產生二次污染等優點。目前，在玻璃表面制備薄膜常用的方法有:熱噴涂法、磁控濺射法、沉淀法、溶膠-凝膠法、溶劑熱法等。由于溶劑熱反應體系處于臨界狀態，在溶劑熱條件下反應物活性提高，相對于其它制備薄膜的方法來說，用溶劑熱法制備薄膜具有很好的可調變性和可操作性，易于控制產物晶體的粒度，利于生長取向好、缺陷少的晶體。目前利用十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)為表面活性劑、以甲醇與水的混合溶液為溶劑在玻璃上制備前軀體，并經熱處理后得到Co3O4納米薄膜的方法還沒有報道。

【發明內容】

[0003]本發明克服了現有技術的不足，提供一種在玻璃基底上制備Co3O4納米薄膜的方法的實施方式，解決光催化劑領域Co3O4納米薄膜可控性和可操作性差的問題，實現更有效、更便捷的制備Co3O4納米薄膜。
[0004]為解決上述的技術問題，本發明的一種實施方式采用以下技術方案:
[0005]一種在玻璃基底上制備Co3O4納米薄膜的方法，包括以下步驟:
[0006](I)稱量六水合硝酸鈷和CTAB,其重量之比為1:2.95~3.00,形成六水合硝酸鈷-CTAB混合物，將六水合硝酸鈷-CTAB混合物溶解于甲醇-水溶液中形成均一溶液，六水合硝酸鈷-CTAB混合物的質量與甲醇-水溶液的體積之比為9.7~9.8:80 ;所述甲醇-水溶液的甲醇與水體積之比為77:3 ；
[0007](2)用去離子水、乙醇依次對玻璃基底進行超聲洗滌5~30分鐘；
[0008](3)移取均一溶液放入高壓反應釜的聚四氟乙烯腔體里，再將玻璃基底放入聚四氟乙烯腔體中，180°C下密閉反應3~24小時使玻璃基底上生長前驅體薄膜，自然冷卻至
室溫；
[0009](4)將玻璃基底依次用去離子水和乙醇各沖洗3~6次，然后于80°C干燥5~10小時；
[0010](5)將玻璃基底在250~300°C下煅燒至少6小時后得到Co3O4納米薄膜。
[0011]更進一步的技術方案是:步驟(3)所述移取的均一溶液的填充度為80%，填充度是指移取的均一溶液體積與聚四氟乙烯腔體容積之比。
[0012]更進一步的技術方案是:步驟(4)使用的干燥方法為真空干燥箱高溫干燥。[0013]與現有技術相比，本發明的有益效果之一是:本發明Co3O4納米薄膜制備方法使用的試劑均為商業分析純產品，無需繁瑣加工，且所需的原料種類少，成本低，工藝簡單，可控性和可操作性高，產物純度高。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1為本發明在玻璃基底上制備的Co3O4納米薄膜的X射線衍射(XRD)圖。
[0015]圖2為本發明在玻璃基底上制備的Co3O4納米薄膜的場發射掃描電鏡(FESEM)圖。
【具體實施方式】
[0016]為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。
[0017]實施例1
[0018]稱量2.445g六水合硝酸鈷和7.2706gCTAB (十六烷基三甲基溴化銨)溶于77ml甲醇和3ml水的混合溶液中，超聲使其完全溶解形成均一溶液。先后用去離子水和乙醇對玻璃基底進行超聲洗滌5分鐘。然后移取24ml均一溶液放入高壓反應釜的30ml聚四氟乙烯腔體里，聚四氟乙烯腔體位于高壓反應釜里層，移取的均一溶液在高壓反應釜中的填充度為80%，該填充度是指均一溶液體積與聚四氟乙烯腔體的容積之比。再將超聲洗滌完畢的玻璃基底放入聚四氟乙烯腔體中，密閉高壓反應釜后，將其加熱至180°C，保持3小時，然后自然冷卻至室溫，這時，玻璃基底上生長了前驅體薄膜。將玻璃基底先后用去離子水和乙醇沖洗6次，在真空干燥箱里80°C干燥5小時，然后在250°C煅燒6小時后，在玻璃基底上得到Co3O4納米薄膜。將生長有Co3O4納米薄膜的玻璃基底在場發射掃描電鏡下觀察，得到圖1所示結構，可以發現該薄 膜由納米片和納米球共同組成。其中納米球直徑約為500~lOOOnm。納米片的厚度約為200~300nm，長度約為2~5 μ m。將生長有Co3O4納米薄膜的玻璃基底在X射線衍射儀下觀察，得到圖2所示XRD圖，XRD分析結果表明在玻璃基底上制備得到了純相的Co3O4。
[0019]實施例2
[0020]稱量2.445g六水合硝酸鈷和7.2706gCTAB (十六烷基三甲基溴化銨)溶于77ml甲醇和3ml水的混合溶液中，用玻璃棒攪拌使其完全溶解形成均一溶液。先后用去離子水和乙醇對玻璃基底進行超聲洗滌15分鐘。然后移取24ml均一溶液放入高壓反應釜的30ml聚四氟乙烯腔體里，移取的均一溶液在聚四氟乙烯腔體里的填充度為80%，再將超聲洗滌完畢的玻璃基底放入聚四氟乙烯腔體中，密閉高壓反應釜后，將其加熱至180°C，保持12小時，然后自然冷卻至室溫，這時，玻璃基底上生長了前驅體薄膜。將玻璃基底先后用去離子水和乙醇沖洗5次，在真空干燥箱里80°C干燥8小時，然后在275°C煅燒14小時后，在玻璃基底上得到Co3O4納米薄膜。本實施例產物的形貌，結構和成分等特性與實施例1相似。
[0021]實施例3
[0022]稱量2.451g六水合硝酸鈷和7.249gCTAB (十六烷基三甲基溴化銨)溶于77ml甲醇和3ml水的混合溶液中，用玻璃棒攪拌使其完全溶解形成均一溶液。先后用去離子水和乙醇對玻璃基底進行超聲洗滌25分鐘。然后移取24ml均一溶液放入高壓反應釜的30ml聚四氟乙烯腔體里，移取的均一溶液在聚四氟乙烯腔體里的填充度為80%，再將超聲洗滌完畢的玻璃基底放入聚四氟乙烯腔體中，密閉高壓反應釜后，將其加熱至180°C，保持24小時，然后自然冷卻至室溫，這時，玻璃基底上生長了前驅體薄膜。將玻璃基底先后用去離子水和乙醇沖洗3次，在真空干燥箱里80°C干燥10小時，然后在285°C煅燒10小時后，在玻璃基底上得到Co3O4納米薄膜。本實施例產物的形貌，結構和成分等特性與實施例1相似。
[0023]實施例4
[0024]稱量2.455g六水合硝酸鈷和7.345gCTAB (十六烷基三甲基溴化銨)溶于77ml甲醇和3ml水的混合溶液中，用玻璃棒攪拌使其完全溶解形成均一溶液。先后用去離子水和乙醇對玻璃基底進行超聲洗滌30分鐘。然后移取24ml均一溶液放入高壓反應釜的30ml聚四氟乙烯腔體里，移取的均一溶液在聚四氟乙烯腔體里的填充度為80%，再將超聲洗滌完畢的玻璃基底放入聚四氟乙烯腔體中，密閉高壓反應釜后，將其加熱至180°C，保持8小時，然后自然冷卻至室溫，這時，玻璃基底上生長了前驅體薄膜。將玻璃基底先后用去離子水和乙醇沖洗4次，在真空干燥箱里80°C干燥9小時，然后在300°C煅燒10小時后，在玻璃基底上得到Co3O4納米薄膜。本實施例產物的形貌，結構和成分等特性與實施例1相似。
[0025]實施例5
[0026]稱量2.445g六水合硝酸鈷和7.335gCTAB (十六烷基三甲基溴化銨)溶于77ml甲醇和3ml水的混合溶液中，用玻璃棒攪拌使其完全溶解形成均一溶液。先后用去離子水和乙醇對玻璃基底進行超聲洗滌20分鐘。然后移取48ml均一溶液放入高壓反應釜的60ml聚四氟乙烯腔體里，移取的均一溶液在聚四氟乙烯腔體里的填充度約為80%，再將超聲洗滌完畢的玻璃基底放入聚四氟乙烯內襯中，密閉高壓反應釜后，將其加熱至180°C，保持8小時，然后自然冷卻至室溫，這時，玻璃基底上生長了前驅體薄膜。將玻璃基底先后用去離子水和乙醇沖洗4次，在真空干燥箱里80°C干燥9小時，然后在300°C煅燒10小時后，在玻璃基底上得到Co3O4納米薄膜。本實 施例產物的形貌，結構和成分等特性與實施例1相似。
[0027]盡管這里參照本發明的多個解釋性實施例對本發明進行了描述，但是，應該理解，本領域技術人員可以設計出很多其他的修改和實施方式，這些修改和實施方式將落在本申請公開的原則范圍和精神之內。更具體地說，在本申請公開、附圖和權利要求的范圍內，可以對主題組合布局的組成部件和/或布局進行多種變型和改進。除了對組成部件和/或布局進行的變型和改進外，對于本領域技術人員來說，其他的用途也將是明顯的。
【權利要求】
1.一種在玻璃基底上制備四氧化三鈷納米薄膜的方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)稱量六水合硝酸鈷和CTAB，其重量之比為1:2.95~3.00，形成六水合硝酸鈷-CTAB混合物，將六水合硝酸鈷-CTAB混合物溶解于甲醇-水溶液中形成均一溶液，六水合硝酸鈷-CTAB混合物的質量與甲醇-水溶液的體積之比為9.7~9.8:80 ;所述甲醇-水溶液的甲醇與水體積之比為77:3; (2)用去離子水、乙醇依次對玻璃基底進行超聲洗滌5~30分鐘； (3)移取均一溶液放入高壓反應釜的聚四氟乙烯腔體里，再將玻璃基底放入聚四氟乙烯腔體中，180°C下密閉反應3~24小時使玻璃基底上生長前驅體薄膜，自然冷卻至室溫； (4)將玻璃基底依次用去離子水和乙醇各沖洗3~6次，然后于80°C干燥5~10小時； (5)將玻璃基底在250~300°C下煅燒至少6小時后得到Co3O4納米薄膜。
2.根據權利要求1所述的在玻璃基底上制備四氧化三鈷納米薄膜的方法，其特征在于:步驟(3)所述移取的均一溶液的填充度為80%，填充度是指移取的均一溶液體積與聚四氟乙烯腔體容積之比。
3.根據權利要求1所述的在玻璃基底上制備四氧化三鈷納米薄膜的方法，其特征在于:步驟(4)使用的干燥方`法為真空干燥箱高溫干燥。
【文檔編號】B82Y30/00GK103508496SQ201310488230
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2013年10月17日 優先權日:2013年10月17日
【發明者】卿小霞, 余堃 申請人:中國工程物理研究院化工材料研究所