一种堆积纳米片结构的钴基材料的制备方法与流程

本发明属于纳米材料的制备技术领域，具体涉及堆积纳米片结构的钴基材料的制备方法。

背景技术：

磁性材料是重要的功能材料，作为一种典型的磁性金属材料，具有独特的各向异性磁性，对磁记忆器件、磁传感器、催化剂等应用有着重要的应用价值。

二维（2d）超薄纳米片由于其独特的结构、电子传输性能与物理构造，已成为被广泛公认的一系列能源应用材料。超薄纳米片不仅可以使大量的表面活性位点以及大面积与电解质和电极快速界面电荷转移的亲密接触提供了一个很高的比表面积，同时也使更多的暴露内部原子的高活性位点通过表面重组。

金属有机框架材料（mof），一种新型的由金属离子和团簇有机物组成的多孔配体材料，现已被广泛研究。各种表征方法表明优良的骨骼框架和良好的孔隙结构使mof材料适用于超级电容器，传感器，吸附，药物传输等方面。相比与其他配体材料，因为大表面积，高孔隙率，低密度，可控结构，可调孔径，mofs材料被认为是未来纳米领域中最有前景的材料之一。mofs材料前驱体的孔隙的大小可以通过改变有机配位体被调谐，最大孔径为9.8纳米。

二维mof纳米片展现出很多不同于传统块体mof材料的独特性质。比如，它们的超薄片状结构有利于电子的传输，进而有利于提高电储能设备的性能。不同于块状材料的活性位点主要在mof的孔道内部，二维mof纳米片会暴露大量的活性位点在片层表面，有利于底物分子与活性位点的接触，进而提高mof在催化或传感领域的性能。因此，设计合成二维片状结构的mof材料是一个很重要的研究方向，不仅可以提高mof材料的性能，还可以拓展新的应用领域。

技术实现要素：

基于以上现有技术及市场的需要，本发明提供一种堆积纳米片结构的钴基材料的制备方法。

本发明包括以下步骤：

1）将钴盐和过渡金属盐混合溶解在甲醇中，形成溶液a；

2）将有机配体溶于甲醇中，形成有机配体溶液b；

3）将所述溶液a和溶液b混合后，在超声条件下进行反应，得到沸石咪唑类骨架材料67；

4）将所述沸石咪唑类骨架材料67与溶液a再混合，在100～200℃的恒温条件下进行水热反应；

5）水热反应结束后，用甲醇清洗，得堆积纳米片结构的钴基材料。

6）在上述反应步骤3）中，在超声条件下进行反应，可使反应物颗粒更加细小化，增加接触面积，使反应进行的更加快速和彻底。

7）在上述反应步骤4）中，100～200℃的高温条件能增加分子的运动速度，无论是在热力学还是动力学上都加快了反应速度，使反应进行的更加快速和彻底。

本发明利用无毒的原料合成一系列的高质量的钴基纳米材料，且设计合理，操作简单，反应容易控制，重复性好，无污染，安全性好。本发明通过采用不同比例的钴盐与过渡金属盐进行反应，最终所制得的材料中的各金属盐的比例不同，可以制备出形貌不同的金属合金颗粒。

与现有技术相比，本发明是由简单水热法制备而成，采用的原材料无毒、环保、成本低，工艺简单，易于操作控制，适于连续大规模生产，制备过程绿色环保。

进一步地，本发明所述钴盐为co(no3)2•6h2o，在实际实验中，由于硝酸根易脱去，更易得到所需的产物，因此优先采用这几种镍酸盐。

所述过渡金属盐为镍盐、铜盐、锰盐或锌盐。在实际实验中，由于这几种盐价廉易得，相对比较稳定，因此优先采用这几种过渡金属盐。

所述有机配体为2-甲基咪唑。2-甲基咪唑为常见有机配体，价廉且易得，因此优先采用。

附图说明

图1为中间产物沸石咪唑类骨架材料67扫描电镜照片。

图2为实例1制得的堆积纳米片的扫描电镜照片。

图3为实例2制得的堆积纳米片的扫描电镜照片。

图4为实例3制得的堆积纳米片的扫描电镜照片。

图5为实例4制得的堆积纳米片的扫描电镜照片。

具体实施方式

下面实施例对本发明做进一步说明，但不限于此。

以下各实施例制备的堆积结构纳米片的形貌通过supra-55型扫描电子显微镜（sem）照片显示。

实施例1：

（1）分别称取0.53g的co(no3)2•6h2o、0.0174g的ni(no3)2•6h2o，溶解在15ml的甲醇溶液中，取得15ml溶液a。其中钴镍摩尔比为30∶1。

（2）称取0.616g的2-甲基咪唑溶于15ml甲醇溶液中，形成15ml的溶液b。

（3）将溶液a迅速滴加到步骤（2）取得的溶液b中，并超声15min得到中间产物沸石咪唑类骨架材料67（简称zif-67）。

（4）将步骤（3）中的中间产物沸石咪唑类骨架材料67离心沉淀出来溶于15ml甲醇溶液中，得到15ml的沸石咪唑类骨架材料67的甲醇溶液。

（5）将步骤（4）得到的沸石咪唑类骨架材料67的甲醇溶液与15ml溶液a混合，并在100～120℃环境条件下进行水热反应1h。

水热反应完成后，用甲醇多次洗涤，得到产物。

实施例2：

堆积纳米片结构的钴基材料的制备方法，步骤同实施例1，不同之处是，钴镍摩尔比为10∶1。

实施例3：

堆积纳米片结构的钴基材料的制备方法，步骤同实施例1，不同之处是，钴镍摩尔比为5∶1。

实施例4：

堆积纳米片结构的钴基材料的制备方法，步骤同实施例1，不同之处是，钴镍摩尔比为1∶1。

图1所示为中间产物沸石咪唑类骨架材料67扫描电镜照片，由图中可以看出得到的中间产物大小均匀，呈完美的六面体结构。

图2所示为实例1制得的钴镍摩尔比为30∶1，堆积纳米片的扫描电镜照片，从图中可以看出样品为纳米片堆积的球状结构，纳米片厚度均匀。

图3所示为实例2制得的钴镍摩尔比为10∶1，堆积纳米片的扫描电镜照片，从图中可以看出样品为纳米片堆积的球状结构，随着镍盐摩尔量的增加，纳米片厚度增加。

图4所示为实例3制得的钴镍摩尔比为5∶1，堆积纳米片的扫描电镜照片，从图中可以看出样品为纳米片堆积的球状结构，纳米片厚度继续增加。

图5所示为实例4制得的钴镍摩尔比为1∶1，堆积纳米片的扫描电镜照片，从图中可以看出样品为纳米片堆积的类球状结构，密集球状结构开始减弱。

实施例5：

堆积纳米片结构的钴基材料的制备方法，步骤类同实施例1，不同之处是，ni(no3)2•6h2o换为cu(no3)2•3h2o。

实施例6：

堆积纳米片结构的钴基材料的制备方法，步骤类同实施例2，不同之处是，ni(no3)2•6h2o换为cu(no3)2•3h2o。

实施例7：

堆积纳米片结构的钴基材料的制备方法，步骤类同实施例3，不同之处是，ni(no3)2•6h2o换为cu(no3)2•3h2o。

实施例8：

堆积纳米片结构的钴基材料的制备方法，步骤类同实施例4，不同之处是，ni(no3)2•6h2o换为cu(no3)2•3h2o。

实施例9：

堆积纳米片结构的钴基材料的制备方法，步骤类同实施例1，不同之处是，ni(no3)2•6h2o换为mnso4•h2o。

实施例10：

堆积纳米片结构的钴基材料的制备方法，步骤类同实施例2，不同之处是，ni(no3)2•6h2o换为mnso4•h2o。

实施例11：

堆积纳米片结构的钴基材料的制备方法，步骤类同实施例3，不同之处是，ni(no3)2•6h2o换为mnso4•h2o。

实施例12：

堆积纳米片结构的钴基材料的制备方法，步骤同实施例4，不同之处是，ni(no3)2•6h2o换为mnso4•h2o。

实施例13：

堆积纳米片结构的钴基材料的制备方法，步骤同实施例1，不同之处是，ni(no3)2•6h2o换为c4h6o4zn•2h2o。

实施例14：

堆积纳米片结构的钴基材料的制备方法，步骤同实施例2，不同之处是，ni(no3)2•6h2o换为c4h6o4zn•2h2o。

实施例15：

堆积纳米片结构的钴基材料的制备方法，步骤同实施例3，不同之处是，ni(no3)2•6h2o换为c4h6o4zn•2h2o。

实施例16：

堆积纳米片结构的钴基材料的制备方法，步骤同实施例4，不同之处是，ni(no3)2•6h2o换为c4h6o4zn•2h2o。

将以上实施例5至16取得的产物通过supra-55型扫描电子显微镜显示，其结果类同实施例1至4。