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1、第15卷第4期广东有色金属学报Vol.15,No.42005年12月JOURNALOFGUANGDONGNON2FERROUSMETALSDec.2005文章编号:1003-7837(2005)04-0013-03超细四氧化三钴的制备12111倪海勇,吕明钰,周绍辉,李许波,丁建红(1.广州有色金属研究院稀有金属研究所,广东广州510651;2.广东工业大学,广东广州510090)摘要:对液相控制沉淀制备超细Co3O4的工艺进行了研究,通过控制沉淀剂用量、表面活性剂用量及种类等条件,可制备出分散性能好、球形的Co3O4粉末,平均粒径约50nm.该法工艺简单,容易实现工业化生产.关键词:Co3
2、O4;超细粉末;液相控制沉淀法中图分类号:O614文献标识码:A与普通的大颗粒材料相比,超微粒子(1～100交换水(自制).nm)材料由于尺寸小而表现出优良的表面效应和体1.2试验方法积效应,在传感器敏感元件、电磁波吸收材料、精密在一定的温度和pH条件下,先用NH4HCO3陶瓷材料和高效催化剂等领域中得到广泛的应用.与硝酸钴溶液进行沉淀反应,然后过滤、分离出沉淀各种制备纳米级粉料的方法相继产生,如气相蒸发物,并用蒸馏水洗涤沉淀物上的杂质离子,干燥后,法、化学气相沉淀法、液相水解法、化学沉淀法、溶在烘箱中于350℃进行分解,得到最终产物.[1～6]胶2凝胶法、固相粉碎法和水热法等.然而探索1.
3、3分析与表征粒度大小与分布可控制的高质量超微粉的制备方由华东理工大学超细国家重点实验室测定Co3O4法,一直是材料领域研究的目标之一,特别是研发成的粒度分布,采用RigakuD/Max2rA型X射线粉末衍本低、产率高、有工业应用前景的超微粉制备技术,射仪(CuKα)分析Co3O4物相,采用日本HitachiH2800是目前重要的研究课题.Co3O4具有正常尖晶石结透射电镜观察Co3O4颗粒的形貌和粒径.3+构,Co占据八面体位,具有较高的晶体场稳定化2结果与讨论能.在空气中低于800℃时,Co3O4十分稳定,是优良2.1液相沉淀条件对产物粒度的影响的催化剂材料.因此,研究Co3O4超微粉的制
4、备技术2+2.1.1沉淀剂NH4HCO3和Co比例的影响具有重要的意义.本文介绍一种液相控制沉淀分解2+沉淀剂NH4HCO3和Co的比例对Co3O4产物方法,利用该法成功地制备出了粒度分布均匀、分散粒度的影响如图1所示.随着n(NH4HCO3)n性好的球形Co3O4粉末,其平均粒径约50nm.2+n(Co)摩尔比例增大,D50粒度呈现下降的趋势.当1实验部分沉淀剂的比例大于2.0时,粒度下降不明显.沉淀剂2-1.1试剂的用量较大时,一方面溶液中会存在大量的CO3离2+NH4HCO3分析纯(广州化学试剂厂);硝酸钴子,使加入的Co在较短的时间内迅速形成由分析纯硝酸溶解99.99%金属钴得到;H
5、2O离子Co2(OH)2CO3沉淀,避免了颗粒逐步长大.另一方面,收稿日期:2004-02-04作者简介:倪海勇(1976-),男,浙江上虞人,工程师,硕士.14广东有色金属学报2005较大的位阻效应,在分散沉淀颗粒方面效果要好于正丁醇(C4H7OH).在溶液中加入30mLpolymer22000时,D50粒度为0.12μm.加入一定量表面活性剂后溶液粘度增大,在沉淀过程中可起到阻止颗粒继续长大的作用.但加入过量的高分子表面活性剂时会使沉淀过滤比较困难,因此本次试验选用poly2mer22000使用量30mL为宜.2.2Co3O4透射电镜形貌分析及粒度分布根据上述的控制条件所制备的Co3O4
6、TEM图如图3所示,Co3O4颗粒呈球状,粒度分布均匀,粒2+)图1n(NH4HCO3)nn(Co对粒度的影响径在20～100nm之间,平均粒径为50nm,最大颗Fig.1Effectofparticlesizeonn(NH4HCO3)n粒粒径为100nm左右,无明显团聚现象.Co3O4粒2+)n(Co前驱物Co2(OH)2CO3表面吸附的铵盐NH4NO3和NH4HCO3,在高于240℃下,前驱物与铵盐都达到分解温度,迅速(爆炸性地)裂解,分解放出的气体也有利于阻止超微粉粒子间的团聚和生长.然而,沉淀剂用量的增加,制备超细Co3O4的成本也将进一步增加,同时还会引入一些杂质元素,这对制备高纯
7、的超2+细粉体是不利的.因此,选n(NH4HCO3)nn(Co)摩尔比例(2～2.2)n1为宜.2.1.2表面活性剂用量及种类的影响表面活性剂的用量及种类对Co3O4粒度的影图3Co3O4TEM图(a)×150000,(b)×200000响如图2所示.随着表面活性剂用量的增大,Co3O4Fig.3TEMofCo3O4粒度呈下降趋势.与正丁醇C4H7OH相比,高分子聚合物polymer22000具有较大的分子量
