草酸钴的制备及催化性质研究(2)

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1.1 草酸钴的制备方法

草酸钴的制备方法很多，不同的方法在获得产物的性能和形貌上会有差别[12]，因此可根据对产物的不同要求选择相应不同的制备方法。目前，草酸钴的制备方法主要有以下几种：

1.1.1 固相合成法[13]

固相合成法是指反应物都是固态物质，通过在反应体系中加入其它有机物或者无机物，使反应物之间发生化学反应，以得到所要制备的物质。该方法的优点是可以控制生成物的形貌粒径。

采用钴盐和固态草酸盐作为原料，经过研磨，并在其中加入一些有机物，可以合成草酸钴纳米棒。由于研磨对于合成的草酸钴的形貌有着重要的影响，而精确控制研磨过程比较困难。反应中引入了大量的有机物，这会影响所得产物的性能，需进行后续处理除去。同时，固相反应在两个固相界面发生，室温下反应较慢[14]。

1.1.2 液相沉淀法[15]

液相沉淀法是制备粉体材料的一种重要方法，所制备材料的粒径和形貌等很大程度上取决于溶液的化学性质。它指的是在液体相中按化学计量比加入原料，使产物以沉淀的形式析出，分离、过滤得到产物。与固相合成法相比较，液相沉淀法制备工艺简单，且所得产物的比表面积大，催化活性高。但是，这种方法的缺点是，由沉淀剂带入的杂质离子容易残留在母体中，这会对催化剂的催化活性造成一定的影响[16]；并且液相沉淀法对催化剂粉体的比表面积以及催化活性的影响依赖于沉淀过程中胶粒的聚集程度，对粉体比表面积和催化性能的提高方面存在一定的局限，通常形成的微粒的粒径较大，不容易控制形貌。虽然添加表面活性剂，采用固体加料方式，引入脉冲电磁场，利用微波辅助，可以减小微粒的粒径，添加氯化铵可以适当控制颗粒形貌，但仍然不能做到精确控制[17]。而且液相沉淀法所制备的草酸钴的形貌，很大程度上依赖于反应条件。同种反应条件制备的草酸钴，形貌上也经常会有所差异。

而通过在液相沉淀法中改变原料的加入方式可以改变草酸钴的粒径大小与形貌。黄凯[18]等人通过将原料并流加入，即将钴盐与草酸分别置于两个储液槽中，通过橡皮管使其同时慢慢流入至反应器中，最终得到了粒度均匀、分散良好、的棒状、树枝状和花簇状草酸钴微细晶粒。

1.1.3 固液反应法

固液反应法即在固相与液相之间发生反应，以得到预期产物。将原料草酸溶解，加入一定量的酸进行酸化。将钴粉加入到混合溶液中，通过加热搅拌，使其溶解，并最终形成草酸钴析出，对草酸钴进行后续处理，得到产物。该方法得到的草酸钴粉体具有较大的长径比，形貌上呈现针状。该方法的优点是其结合了固相反应和液相反应的优点，相对于固相反应法，不引入有机杂质，反应速率较大；相对于液相反应法，形貌可以进行控制，且得到的草酸钴的粒径较小。但该方法并未摆脱液相反应的缺陷，仍有酸根离子，金属离子残留其中，且钴粉反应并不完全，反应过程中部分草酸钴沉淀包裹住钴粉，导致钴粉最终仍有残留，需进行分离。

1.1.4 微乳液法

微乳液法通常是由表面活性剂、助表面活性剂(通常为醇类)、油(通常为碳氢化合物)和水或电解质水溶液组成的外观半透明、各向同性的热力学稳定的分散体系。微乳液法是将金属盐和一定的沉淀剂形成微乳状液，在较小的微区内控制胶粒成核和生长，热处理后得到纳米粒子。微乳液法制备的超微颗粒具有颗粒分散性好, 粒度均匀以及表面活性高、可长期保存等诸多优点。与沉淀法相比较, 微乳液法中的反应物是以高度的分散状态供给。同时，此法有效地防止了反应物的局部过饱和现象，使微粒的成核与长大过程能均匀进行。但这种方法由于胶粒与溶剂分离的过程需要高速离心或其他特殊的分离手段，造成了生产成本高、生产规模受限等，影响了工业化的推广和发展。中南大学的陈亮[19]等人，以废旧锂离子电池为原料，通过对其浸出液进行适当处理，并加入适当的萃取剂，使得钴离子与草酸根离子分别在油相与水相间反应，以微乳液法进行反应，最终得到了棒状的草酸钴粉末微粒。