锂离子电池负极材料用Co3O4及其复合材料研究进展

锂离子电池的性能主要由正、负极材料决定,负极材料Co₃O₄具备理论容量高、振实密度大、化学性质稳定等特点倍受关注,但存在导电性不好、倍率性能较差等缺点. 解决该问题的手段：一方面可通过材料的纳米化与特殊形貌化如球状、纤维状、片状等,缩短锂离子嵌入和脱出行程;另一方面可通过材料的复合化,促进电子的快速传输和缓冲活性材料在充放电过程中的体积效应. 根据Co₃O₄颗粒的形貌特性对现有研究进行了分类与综述,阐述了改性手段的可能性机理,并对如何提高Co₃O₄的电化学性能提出了一些想法.     

电池级Co3O4的制备与表征

电池级Co3O4;正极材料;沉淀焙烧法;表征     

可充锂空气电池多孔纳米催化剂

可充锂空气电池是当前化学电源研究热点和重点, 近年来取得了重要进展. 简要介绍了该领域在空气电极多孔纳米催化材料的设计与应用方面的最新研究成果, 讨论了碳、贵金属、氧化物三类催化材料的特征及性能, 展望了新型高效氧还原/氧析出双功能阴极纳米催化剂的发展方向.     

Co3O4空心球的简易合成及其电化学性能

通过简易的水热法"一锅"制备了Co3O4空心球。借助X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和傅里叶变换红外光谱法(FTIR)等对Co3O4的结构和形貌进行了表征。结果表明,产物由Co3O4纳米粒子构成,并形成明显的空心多孔结构。循环伏安法(CV)测试表明,所制得的Co3O4空心球呈现良好的电化学性能。本文同时对Co3O4空心球结构的形成过程和可能的机理进行了分析和讨论。     

多孔Fe_2O_3纳米纤维用于高容量长寿命锂空气电池催化剂

采用静电纺丝技术,以乙酰丙酮铁[Fe(C5H7O2)3]、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)和二甲基甲酰胺(DMF)为原料,制备了由Fe2O3纳米颗粒组成的高比表面积的多孔纳米纤维,并成功应用于锂氧气电池用催化剂.Fe2O3纳米颗粒为反应提供了充足的活性位点,提高了电池容量;而三维网状结构为反应物及产物提供了足够的反应及储存空间,避免了对电极孔道堵塞的问题,从而达到了锂空气电池长循环的目的.     

各种形貌纳米Co3O4的制备及其应用

本文综述了各种形貌的纳米Co3O4的制备及其应用。制备纳米Co3O4的方法有很多,包括热分解、水热法、溶剂热法、化学喷雾热分解、化学气相沉积和溶胶-凝胶法。制备得到的Co3O4有各种形貌,如纳米球、纳米立方体、纳米管、纳米棒、纳米片、纳米纤维和介孔结构。Co3O4是一种重要的磁性p型半导体,在锂离子电池、超级电容器、电致变色、磁性材料、气体传感器和催化剂等诸多领域有较广泛的应用。     

聚合物燃烧方法制备Co3O4纳米粒子

纳米粒子因其独特的物理化学特性成为近年来材料科学领域的研究热点。制备方法是获得性能优越材料的关键。Co3O4具有正常的尖晶石结构，Co^2 占据八面体位置，在空气中低于800℃时十分稳定，是优良的催化剂材料^[1,2]，采用燃烧方法可通过控制反应条件在不发生沉淀的情况下获得化学组成均匀的复合氧化物粉体^[4-7]，本利用聚合物燃烧方法探索制备粒径均匀，分散性好的立方Co3O4纳米粒子，选择聚乙烯醇（PVA）的原因是其分子内包含大量的羟基极性基团，能与金属离子尤其是过渡金属离子形成良好的化学键，促使金属离子在PVA高分子的网络中均匀螯合分布，有利于最终形成分散性良好的粉体。     

液相控制沉淀法制备纳米级Co3O4微粉

报道了一种液相控制沉淀与分解制备Co₃O₄超微粉的方法.研究表明,采用液相沉淀控制技术,无需引入高分子保护剂,同样可以制备出晶粒细小、粒度分布均匀、无团聚的高质量Co₃O₄超微粉.该法工艺简单、成本低、产率高.     

不同沉淀剂对Co3O4催化剂催化分解N2O活性的影响

采用了不同沉淀剂（K2 CO3、Na2 CO3、NaOH、NaHCO3）制备了一系列 Co3 O4氧化物催化剂。通过 XRD、XPS、BET、H2-TPR、O2-TPD 表征手段,探究了催化剂物相结构和氧化还原性能对 N2 O 催化分解性能的影响。研究表明,以 K2 CO3为沉淀剂制备的 Co3 O4催化剂具有优越的氧化还原性能。此外,较低结晶度有助于提高催化剂的催化性能,催化剂表面物种与其沉淀剂相关：丰富的表面 Co 物种促进催化活性,较多氧空位有利于催化剂表面的电子传递和氧气的脱附。以 K2 CO3为沉淀剂制备的 Co3 O4催化剂表现出最佳的 N2 O 催化分解活性,在450℃达到90％以上的转化率。     

不同的制备方法对Co3O4-CeO2催化剂的影响

用水热法、共沉淀法、柠檬酸络合物法和多元醇法分别合成了铈钴摩尔比1:1的Co3O4-CeO2催化剂,并用XRD、TPR、TPD、FT-IR、BET等对催化剂的晶相结构、还原性能、吸附性能及比表面积等进行了表征。结果表明,制备方法对Co3O4-CeO2催化剂的催化性能具有较大的影响,其中多元醇法制备的催化剂能促进Co3O4和CeO2的相互作用,该催化剂还原温度较低、CO脱附面积较大,在140℃温度下,CO的转化率达到90%以上。     

Hierarchical Tubular Structures Composed of Co3O4 Hollow Nanoparticles and Carbon Nanotubes for Lithium Storage

Hierarchical tubular structures composed of Co₃O₄ hollow nanoparticles and carbon nanotubes (CNTs) have been synthesized by an efficient multi‐step route. Starting from polymer‐cobalt acetate (Co(Ac)₂) composite nanofibers, uniform polymer‐Co(Ac)₂@zeolitic imidazolate framework‐67 (ZIF‐67) core–shell nanofibers are first synthesized via partial phase transformation with 2‐methylimidazole in ethanol. After the selective dissolution of polymer‐Co(Ac)₂ cores, the resulting ZIF‐67 tubular structures can be converted into hierarchical CNTs/Co‐carbon hybrids by annealing in Ar/H₂ atmosphere. Finally, the hierarchical CNT/Co₃O₄ microtubes are obtained by a subsequent thermal treatment in air. Impressively, the as‐prepared nanocomposite delivers a high reversible capacity of 1281 mAh g^?1 at 0.1 A g^?1 with exceptional rate capability and long cycle life over 200 cycles as an anode material for lithium‐ion batteries.     

Hollow POM@MOF-derived Porous NiMo6@Co3O4 for Biothiol Colorimetric Detection

Developing highly active and sensitive peroxidase mimics for _L-cysteine (_L-Cys) colorimetric detection is very important for biotechnology and medical diagnosis. Herein, polyoxometalate-doped porous Co₃O₄ composite (NiMo₆@Co₃O₄) was designed and prepared for the first time. Compared with pure and commercial Co₃O₄, NiMo₆@Co₃O₄(n) composites exhibit the enhanced peroxidase-mimicking activities and stabilities due to the strong synergistic effect between porous Co₃O₄ and multi-electron NiMo₆ clusters. Moreover, the peroxidase-mimicking activities of NiMo₆@Co₃O₄(n) composites are heavily dependent on the doping mass of NiMo₆, and the optimized NiMo₆@Co₃O₄(2) exhibits the superlative peroxidase-mimicking activity. More importantly, a sensitive _L-Cys colorimetric detection is developed with the sensitivity of 0.023 μM⁻¹ and the detection limit at least 0.018 μM in the linear range of 1–20 μM, which is by far the best enzyme-mimetic performances, to the best our knowledge.     

新颖Co3O4分级结构的制备及其光催化性能研究

以聚乙烯醇/醋酸钴复合纳米纤维为模板, 采用模板辅助共沉积技术制备了三维尖晶石型Co₃O₄纳米纤维/晶须分级结构. 并采用SEM, XRD对其形貌和晶型结构进行了表征. 在光催化降解亚甲基蓝(MB)性能实验中, 三维分级结构Co₃O₄表现出比纳米粒子和纤维更好的光催化性能. 这主要归因于Co₃O₄纳米线的次级结构和开放的三维网络结构有利于MB分子和氧分子的扩散和传输, 从而增强MB的光降解反应速率.     

一种新的甲烷低温燃烧催化剂Au—Pt／Co3O4

考察了Pt和Pd的引入对Au/Co3O4催化剂的甲烷燃烧活性的影响,发现在Au/Co3O4（Au的质量分数为2%-5%）催化剂中掺入少量的Pt(如0.2%）,可使甲烷的催化燃烧活性得到显著的提高;相对于Au/Co3O4催化剂,其甲烷的最低全转化温度降低了50℃。便Pd的引入未提高甲烷燃烧的活性。表明Au-Pt/Co3O4是一个很有应用潜力的甲烷低温燃烧催化剂。     

模板法制备的有序介孔Co3O4的电化学电容行为

以介孔硅作为模板合成有序的介孔Co3O4, 在6 mol/L KOH电解液里进行电化学性能的测试. 结果表明具有有序介孔结构的Co3O4, 其比容量可以达到250 F/g, 大约为在550 ℃下直接煅烧Co(NO3)•6H2O所得的Co3O4容量的4倍. 其外该材料还表现出良好的倍率特性, 这一现象可归因于有序的介孔结构增大了有效的反应表面积, 同时有利于离子在其中传递.     

Fe3O4/ZnS Hollow Nanospheres:A Highly Efficient Magnetic Heterogeneous Catalyst for Synthesis of 5-Substituted 1H-Tetrazoles from Nitriles and Sodium Azide

An efficient route for the synthesis of 5‐substituted 1H‐tetrazole via [2+3] cycloaddition of nitriles and sodium azide is reported using Fe₃O₄/ZnS hollow nanospheres as a magnetic separable heterogeneous catalyst. The catalyst is very efficient, affording excellent yields and can be reused for several circles. In addition, the Fe₃O₄ inner shell exhibits magnetism, making the catalyst easily separated by a magnet.     

高性能多级花状Co3O4基无酶葡萄糖电化学传感器

以硝酸钴、碳酸钠、尿素为原料,泡沫镍为基体,采用水热和煅烧相结合的二步法制备了一种多级花状Co_3O_4/Ni异质结构的无酶葡萄糖传感器。通过X射线衍射与扫描电镜对Co_3O_4/Ni电极的成分及形貌进行了表征,并采用循环伏安法在1mol/L KOH溶液中测试了Co_3O_4/Ni异质结构葡萄糖传感器电极的电化学性能。结果表明,通过二步法在泡沫镍表面制备的Co_3O_4呈现多级花状纳米纤维结构。将制备的Co_3O_4/Ni异质结构作为电极构建的无酶葡萄糖传感器表现出响应时间快(低于5s)、检测灵敏度高(7.4m A·(mmol/L)~(-1)·cm~(-2))、检出限低(1.17μmol/L,S/N=3)和线性检测范围宽(0~5 mmol/L)的特点。进一步的抗干扰性检测表明所制备的传感器在+0.44V vs.SCE对葡萄糖表现出良好的选择性。本文所制备的多级花状Co_3O_4基电极在无酶葡萄糖传感器的发展中有着很大的应用潜力。     

Controllable Synthesis of Mesoporous Peapod‐like Co3O4@Carbon Nanotube Arrays for High‐Performance Lithium‐Ion Batteries

Transition metal oxides are regarded as promising anode materials for lithium‐ion batteries because of their high theoretical capacities compared with commercial graphite. Unfortunately, the implementation of such novel anodes is hampered by their large volume changes during the Li⁺ insertion and extraction process and their low electric conductivities. Herein, we report a specifically designed anode architecture to overcome such problems, that is, mesoporous peapod‐like Co₃O₄@carbon nanotube arrays, which are constructed through a controllable nanocasting process. Co₃O₄ nanoparticles are confined exclusively in the intratubular pores of the nanotube arrays. The pores between the nanotubes are open, and thus render the Co₃O₄ nanoparticles accessible for effective electrolyte diffusion. Moreover, the carbon nanotubes act as a conductive network. As a result, the peapod‐like Co₃O₄@carbon nanotube electrode shows a high specific capacity, excellent rate capacity, and very good cycling performance.