金属氧化物及其制备方法与流程

本发明涉及金属氧化物制备领域，特别是涉及一种金属氧化物及其制备方法。

背景技术：

过渡金属氧化物如纳米氧化镍和纳米氧化钴是重要的功能材料，广泛应用于电池电极材料、催化剂、磁性材料、传感器、陶瓷和玻璃的颜料、气敏元件、功能陶瓷和特种涂料等领域。

目前，制备过渡金属氧化物粉体材料的方法有固相法、液相法和气相法，具体包括球磨法、热分解法、溶剂热法、溶胶凝胶法、沉淀法等。其中，直接沉淀法是目前应用最广泛的方法。然而，该方法由于是沉淀剂直接加入溶液中，导致产物团聚现象严重，使得比表面积较小，这对其作为电池电极材料有不利影响。

技术实现要素：

基于此，有必要提供一种蓬松多孔、比表面积大的金属氧化物及其制备方法。

一种金属氧化物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，将淀粉和过渡金属硝酸盐共同溶解于溶剂中，加热使所述淀粉熟化，形成糊状产物；

步骤二，将所述糊状产物转移至干燥箱中，升温至500℃～600℃条件下反应1h～3h。

在其中一个实施例中，所述过渡金属硝酸盐为六水合硝酸镍或六水合硝酸钴。

在其中一个实施例中，所述步骤一中，所述淀粉、所述过渡金属硝酸盐和所述溶剂的重量比为1:(3～4):(20～30)。

在其中一个实施例中，所述步骤一中，所述淀粉、所述过渡金属硝酸盐和所述溶剂的重量比为1:3:20。

在其中一个实施例中，所述步骤一中，加热的温度为100℃～110℃。

在其中一个实施例中，所述步骤二中，反应的温度为500℃～520℃。

在其中一个实施例中，所述步骤二中，反应的温度为500℃。

在其中一个实施例中，所述步骤二中，反应是在空气气氛下进行的。

在其中一个实施例中，所述溶剂为水。

一种金属氧化物，其由上述任一实施例所述的制备方法制备得到。

与现有方案相比，上述金属氧化物及其制备方法具有以下有益效果：

上述金属氧化物及其制备方法将淀粉和过渡金属硝酸盐共同加入溶剂中溶解，经过加热，使得淀粉经过熟化作用形成交联的糊状产物，然后将含有过渡金属硝酸盐的糊状产物放置于干燥箱中继续升温反应。干燥箱升温过程中过渡金属硝酸盐会发生分解反应释放出气体，释放出的气体将交联状的淀粉吹起形成泡沫状，同时过渡金属硝酸盐受热分解生成过渡金属氧化物负载在泡沫状淀粉上面。随着温度不断上升，在300℃～400℃时淀粉发生氧化，进而炭化分解生成气体，继续升温至500℃～600℃条件下反应1h～3h，使得过渡金属化合物完全氧化得到过渡金属氧化物。上述金属氧化物为蓬松多孔结构，比表面积较大，有利于作为电池电极材料。

此外，上述金属氧化物的制备方法中采用的淀粉作为一种丰富的可再生自然资源，有利于降低生产成本。上述金属氧化物的制备方法生产工艺相对比较简单，原材料来源广，对仪器设备要求不高，能源消耗低，成本较低，对环境的污染较小。

附图说明

图1为实施例1中产物的x射线衍射图；

图2为实施例1中产物的500倍电镜图；

图3为实施例1中产物的20000倍电镜图；

图4为实施例2中产物的1000倍电镜图；

图5为实施例2中产物的20000倍电镜图；

图6为实施例3中产物的500倍电镜图；

图7为实施例3中产物的20000倍电镜图；

图8为实施例4中产物的1000倍电镜图；

图9为实施例4中产物的20000倍电镜图；

图10为实施例5中产物的x射线衍射图；

图11为实施例5中产物的10000倍电镜图；

图12为实施例5中产物的30000倍电镜图；

图13为实施例6中产物的500倍电镜图；

图14为实施例6中产物的20000倍电镜图；

图15为实施例7中产物的500倍电镜图；

图16为实施例7中产物的20000倍电镜图；

图17为实施例8中产物的500倍电镜图；

图18为实施例8中产物的20000倍电镜图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

本发明提供一种金属氧化物的制备方法，包括以下步骤：

步骤一，将淀粉和过渡金属硝酸盐共同溶解于溶剂中，加热使淀粉熟化，形成糊状产物。

其中，溶剂需要能够同时溶解淀粉和过渡金属硝酸盐，例如溶剂可选用水。

在其中一个实施例中，过渡金属硝酸盐为六水合硝酸镍或六水合硝酸钴。进一步地，在其中一个实施例中，淀粉、过渡金属硝酸盐和溶剂的重量比为1:(3～4):(20～30)。

在一个具体的实施例中，淀粉、过渡金属硝酸盐和溶剂的重量比为1:3:20。

加热的温度可选择为100℃～110℃，使得淀粉经过熟化作用形成交联的糊状产物即可。

步骤二，将糊状产物转移至干燥箱中，升温至500℃～600℃条件下反应1h～3h。

干燥箱升温过程中过渡金属硝酸盐会发生分解反应释放出气体，释放出的气体将交联状的淀粉吹起形成泡沫状，同时过渡金属硝酸盐受热分解生成过渡金属氧化物负载在泡沫状淀粉上面。随着温度不断上升，在300℃～400℃时淀粉发生氧化，进而炭化分解生成气体，继续升温至500℃～600℃条件下反应1h～3h，使得过渡金属化合物完全氧化得到过渡金属氧化物。

其中，干燥箱可选用马弗炉。

在其中一个实施例中，反应的温度为5000℃～520℃。

在一个具体的实施例中，反应的温度为500℃，反应的时间为2h。

在其中一个实施例中，反应是在空气气氛下进行的。

进一步地，本发明还提供一种金属氧化物，该金属氧化物是通过上述任一实施例的制备方法制备得到。

在其中一个实施例中，金属氧化物为氧化镍或四氧化三钴。

以下以具体实施例对本发明的金属氧化物的制备方法作进一步说明。

实施例1

本实施例的金属氧化物的制备方法，包括以下步骤：

(1)称取1重量份的淀粉以及3重量份的六水合硝酸镍加入到20重量份的水中，加热搅拌溶解，待形成粘稠状的糊状产物之后，停止加热。

(2)将糊状产物转移至干燥箱中，升温至500℃反应2小时，即可得到氧化镍粉末。

本实施例的产物的x射线衍射谱图如图1所示，与标准卡片对比发现产物为氧化镍。

本实施例的产物的电镜图如图2至图3所示，从图中可以发现产物为泡沫状结构，从大倍数图中发现该泡沫状产物的骨架由颗粒堆积而成，且骨架上面有许多孔洞。

实施例2

本实施例的金属氧化物的制备方法，包括以下步骤：

(1)称取1重量份的淀粉以及4重量份的六水合硝酸镍加入到20重量份的水中，加热搅拌溶解，待形成粘稠状的糊状产物之后，停止加热。

(2)将糊状产物转移至马弗炉中，升温至500℃反应1小时，即可得到氧化镍粉末。

本实施例的产物的电镜图如图4至图5所示，从图中可以发现产物为泡沫状结构，从大倍数图中发现该泡沫状产物的骨架由颗粒堆积而成，且骨架上面有许多孔洞。

实施例3

本实施例的金属氧化物的制备方法，包括以下步骤：

(1)称取1重量份的淀粉以及3重量份的六水合硝酸镍加入到30重量份的水中，加热搅拌溶解，待形成粘稠状的糊状产物之后，停止加热。

(2)将糊状产物转移至马弗炉中，升温至600℃反应3小时，即可得到氧化镍粉末。

本实施例的产物的电镜图如图6至图7所示，从图中可以发现产物为泡沫状结构，从大倍数图中发现该泡沫状产物的骨架由颗粒堆积而成，且骨架上面有许多孔洞。

实施例4

本实施例的金属氧化物的制备方法，包括以下步骤：

(1)称取1重量份的淀粉以及4重量份的六水合硝酸镍加入到30重量份的水中，加热搅拌溶解，待形成粘稠状的糊状产物之后，停止加热。

(2)将糊状产物转移至马弗炉中，升温至600℃反应3小时，即可得到氧化镍粉末。

本实施例的产物的电镜图如图8至图9所示，从图中可以发现产物为泡沫状结构，从大倍数图中发现该泡沫状产物的骨架由颗粒堆积而成，且骨架上面有许多孔洞。

实施例5

本实施例的金属氧化物的制备方法，包括以下步骤：

(1)称取1重量份的淀粉以及2重量份的六水合硝酸钴加入到10重量份的水中，加热搅拌溶解，待形成粘稠状的糊状产物之后，停止加热。

(2)将糊状产物转移至干燥箱中，升温至400℃反应5小时，即可得到四氧化三钴粉末。

本实施例的产物的x射线衍射谱图如图10所示，与标准卡片对比发现产物为四氧化三钴。

本实施例的产物的电镜图如图11至图12所示，从图中可以发现产物表现出蓬松多孔结构，各个颗粒均匀堆在一起，颗粒大小约为150-200nm。

实施例6

本实施例的金属氧化物的制备方法，包括以下步骤：

(1)称取1重量份的淀粉以及4重量份的六水合硝酸钴加入到20重量份的水中，加热搅拌溶解，待形成粘稠状的糊状产物之后，停止加热。

(2)将糊状产物转移至马弗炉中，升温至500℃反应1小时，即可得到四氧化三钴粉末。

本实施例的产物的电镜图如图13至图14所示，从图中可以发现产物为泡沫状结构，从大倍数图中发现该泡沫状产物的骨架由颗粒堆积而成，且骨架上面有许多孔洞。

实施例7

本实施例的金属氧化物的制备方法，包括以下步骤：

(1)称取1重量份的淀粉以及3重量份的六水合硝酸钴加入到30重量份的水中，加热搅拌溶解，待形成粘稠状的糊状产物之后，停止加热。

(2)将糊状产物转移至马弗炉中，升温至600℃反应3小时，即可得到四氧化三钴粉末。

本实施例的产物的电镜图如图15至图16所示，从图中可以发现产物为泡沫状结构，从大倍数图中发现该泡沫状产物的骨架由颗粒堆积而成，且骨架上面有许多孔洞。

实施例8

本实施例的金属氧化物的制备方法，包括以下步骤：

(1)称取1重量份的淀粉以及4重量份的六水合硝酸钴加入到30重量份的水中，加热搅拌溶解，待形成粘稠状的糊状产物之后，停止加热。

(2)将糊状产物转移至马弗炉中，升温至600℃反应3小时，即可得到四氧化三钴粉末。

本实施例的产物的电镜图如图17至图18所示，从图中可以发现产物为泡沫状结构，从大倍数图中发现该泡沫状产物的骨架由颗粒堆积而成，且骨架上面有许多孔洞。

上述金属氧化物及其制备方法将淀粉和过渡金属硝酸盐共同加入溶剂中溶解，经过加热，使得淀粉经过熟化作用形成交联的糊状产物，然后将含有过渡金属硝酸盐的糊状产物放置于干燥箱中继续升温反应。干燥箱升温过程中过渡金属硝酸盐会发生分解反应释放出气体，释放出的气体将交联状的淀粉吹起形成泡沫状，同时过渡金属硝酸盐受热分解生成过渡金属氧化物负载在泡沫状淀粉上面。随着温度不断上升，在300℃～400℃时淀粉发生氧化，进而炭化分解生成气体，继续升温至500℃～600℃条件下反应1h～3h，使得过渡金属化合物完全氧化得到过渡金属氧化物。上述金属氧化物为蓬松多孔结构，比表面积较大，有利于作为电池电极材料。

此外，上述金属氧化物的制备方法中采用的淀粉作为一种丰富的可再生自然资源，有利于降低生产成本。上述金属氧化物的制备方法生产工艺相对比较简单，原材料来源广，对仪器设备要求不高，能源消耗低，成本较低，对环境的污染较小。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。