各种形貌的纳米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。各种形貌的Co₃O₄被制备,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比较广泛的应用。     

CoC2O4·2H2O在空气中的热分解动力学研究

纳米Co3O4具有尖晶石结构,Co3 占据八面体位,具有较高的晶体场稳定化能,在空气中低于800℃时十分稳定,是优良的催化材料[1]。Co3O4还可以作为高比能锂离子电池负极材料具有非常好的电化学活性,充放电容量高达960m A h·g-1。纳米Co3O4在紫外、可见及近红外区域都有良好的吸收效果,因此,在隐身技术、保温节能技术等领域具有潜在的应用前景。所以,Co3O4超细粉体的制备和应用研究具有十分重要的意义。我们合成了草酸盐先驱物制备纳米Co3O4用作隐身材料,因此对先驱物的热分解过程研究是十分必要的。热分析方法在了解先驱物热分解反应的物理…     

纳米Co3O4的制备及其对高氯酸铵热分解的催化性能

 选用CoCl2·6H2O分别与NaOH, H2C2O4·2H2O, Na2CO3·10H2O及Na2C2O4组成四个反应体系,通过室温固相反应制备了不同平均粒径的纳米Co3O4, 并用X射线衍射和透射电镜对Co3O4的物相、形貌和粒径大小进行了表征. 结果表明, Co3O4的平均粒径分别为23, 30, 35和150 nm, 大小均匀,分散性好. 还用差热分析法考察了纳米Co3O4对高氯酸铵热分解的催化性能,并与微米Co3O4进行了比较. 结果表明,纳米Co3O4可使高氯酸铵的低温放热峰消失,高温放热峰温度降至323.5 ℃, 降低了128.5 ℃, 表观分解热增加了750 J/g, 达 1265 J/g, 纳米Co3O4对高氯酸铵热分解的催化性能明显好于微米Co3O4.     

纳米四氧化三铁(Fe3O4)的制备和形貌

纳米Fe₃O₄因其特殊的理化性质和在生物医学领域潜在的应用价值而得到广泛研究。本文综述了纳米Fe3O4的制备方法，包括直流电弧等离子体法、热分解方法、沉淀法、水热法、电化学法、微乳液法、溶胶-凝胶法、有机物模板法、回流法等，结合作者在Fe3O4纳米粒子制备方面的最新工作，介绍了Fe3O4纳米粒子的新颖形貌。对纳米级Fe3O4制备研究的发展趋势进行了展望。     

溶剂热法合成不同形貌的Co3O4及其电容特性

采用溶剂热法以不同的钴盐在水-正丁醇体系中合成了不同形貌及尺寸的纳米Co3O4. 采用XRD和TEM对产物的物相和形貌进行表征. 结果表明, 通过改变反应体系中阴离子的种类, 可以控制产物Co3O4的形貌与晶粒尺寸. 通过循环伏安法、恒流充放电和交流阻抗法对Co3O4电极材料的电化学性能进行表征. 结果表明, Co3O4的形貌与晶粒尺寸对其电化学性能有显著影响. 在2 mol·L-1 KOH溶液中, 在-0.40 - 0.55 V (vs SCE)电位范围内, 由Co(NO3)2制备的球形Co3O4表现出更好的电容特性,单电极初始比容量达362.0 F·g-1, 经过400 次循环后比容量仍保持90%.     

超声振荡制备纳米Co3O4及其光催化性能研究

本文在超声辅助下采用并流沉淀法制备了纳米Co3O4,并用X-射线衍射(XRD)、比表面(BET)、扫描电镜(SEM)等对所制备的材料进行了表征。以甲基橙为模拟有机污染对Co3O4的光催化脱色性能进行了考察。实验结果表明:超声振荡对纳米Co3O4比表面参数、形貌、晶粒大小及光催化脱色性能有显著影响。对超声振荡制备的Co3O4光催化性能提高的原因进行了讨论。     

Co_3O_4纳米立方体的可控合成及其CO氧化反应性能

在乙醇和三乙胺的混合溶液中,采用溶剂热法制备了尺寸为10 nm的Co3O4立方体.考察了钴盐前驱体和溶解氧对Co3O4纳米立方体结构的影响规律,通过对合成过程中不同阶段产物的结构分析和表征,提出了Co3O4纳米立方体的形成机制是溶解再结晶的过程.将所制备的Co3O4纳米立方体在200°C焙烧处理后,尺寸和形貌均可保持稳定,但400°C焙烧后,变为球形纳米粒子.这种主要暴露{100}晶面的Co3O4纳米立方体催化CO氧化反应的活性低于纳米粒子({111}晶面),验证了四氧化三钴纳米材料在CO氧化反应中的晶面效应.     

Co3O4纳米催化剂催化CO的形貌效应：合成过程和催化活性

通过催化剂将CO转化为无毒气体仍然是目前减少CO污染的主要手段.随着纳米技术的快速发展,纳米催化剂因其在催化反应中呈现出的独特结构效应（如形貌效应、尺寸效应等）而受到人们的广泛关注.已有大量研究表明,纳米Co3O4作为一种非贵金属氧化物催化剂具有强烈的催化形貌效应,展现出优异的CO低温催化活性.因此,通过合理的设计来调控催化剂粒子的形貌,从而进一步改善催化剂的性能已成为近年来催化剂领域的重要研究方向.对于Co3O4纳米催化剂的可控制备,水热法具有反应温和、操作简便和产品形貌易控等特点.早期的研究主要围绕于Co3O4形貌的可控合成以及不同形貌Co3O4催化剂对其催化活性产生的影响,较少有对其形貌形成机制的报道.特别是在水热反应中,系统研究各反应参数对催化剂各异形貌的形成影响鲜有报道.
　　本文在前人的研究基础上,重点研究了水热反应过程中各主要反应参数对产品形貌控制的影响,绘制了一副不同形貌Co3O4材料的合成过程图,并研究了Co3O4纳米催化剂催化CO氧化的形貌效应.通过水热法先成功合成了三种不同形貌(纳米棒、纳米片和纳米立方)的碱式碳酸钴纳米粒子,然后将其焙烧得到了Co3O4纳米粒子.采用扫描电子显微镜(SEM),透射电子显微镜(TEM), X射线粉末衍射仪(XRD),程序升温还原(H2-TPR和CO-TPR),氮气吸附-脱附比表面积测试(BET),氧气程序升温脱附(O2-TPD), X射线光电子能谱(XPS)等表征手段研究了不同反应参数对纳米碱式碳酸钴前驱体形貌形成的作用和各异形貌Co3O4纳米粒子在催化CO氧化反应中催化性能的差异及原因.
　　结果表明, Co3O4较好地继承了碱式碳酸钴的形貌,在较低温度条件下(≤140°C),钴源(CoCl2或Co(NO3)2)是影响前驱体形貌的关键因素,反应时间只对粒子的尺寸产生较大影响.低温下, CoCl2作为钴源易诱导生产纳米棒状碱式碳酸钴,而Co(NO3)2则有利于纳米片状生成.当温度高于140°C后,无论何种钴源,最终均制得纳米立方体.表面活性剂CTAB对前驱体的均一性和粒子的分散性产生重要影响,加入CTAB后得到的产品尺寸更均一,形貌更加规整.对比于其他两种形貌的样品, Co3O4纳米片显示出更好的CO催化氧化活性.
　　 XPS结果表明,各形貌Co3O4纳米材料的表面组成存在明显差异,活性物种Co3+含量的不同是影响催化活性差异的重要原因. Co3O4纳米片具有更多的Co3+活性位,立方纳米Co3O4表面吸附氧含量较高, Co3O4纳米棒则暴露出相对更多的Co2+.因此,在三种形貌催化剂上CO氧化反应中, Co3O4纳米片表现出最优的催化活性,纳米立方次之,而纳米棒最差. H2-TPR, CO-TPR和O2-TPD等结果也表明, Co3O4纳米片拥有更强的还原性能和脱附氧能力,其次是纳米立方Co3O4.这与XPS结果一致,证实了不同形貌Co3O4纳米催化剂上暴露活性位的数量和表面氧物种的不同是造成彼此间催化CO氧化活性差异的重要原因.此外,通过稳定性测试发现Co3O4纳米片具有较高的催化稳定性,在水蒸气存在的情况下Co3O4纳米片逐渐失活,但随后在干燥条件下其催化活性又逐渐得到恢复.     

Co3O4纳米粒子的固相合成及磁性研究

以Co(NO3)2.6H2O和NaOH为原料,用固相法合成了Co3O4纳米微粒。用XRD和FT-IR研究了反应进程,证明Co3O4在焙烧阶段形成。用TEM观察了Co3O4纳米微粒的形貌,用磁天平测试了其磁性。结果表明,固相法可以制得平均粒径为22 nm的铁磁性Co3O4纳米微粒,属立方晶系,形状为多角形。400℃焙烧2 h所得纳米Co3O4的磁性强度为1.7922×10-2mT-1。     

阳极电沉积条件对Ti/SnO2-Sb2O5/PbO2+Nano-Co3O4复合电极组成、形貌和结构的影响

本文在涂有中间层SnO2-Sb2O5的Ti基体上,采用阳极复合电沉积法制备了Ti/SnO2-Sb2O5/PbO2+Nano-Co3O4复合电极材料,借助于X射线衍射（XRD）、X射线光电子能谱（XPS）、扫描电镜（SEM）等分析方法研究了制备条件对该复合电极材料的组成、结构和形貌的影响。结果表明,纳米Co3O4的掺杂可提高PbO2电极表面的粗糙度和空隙率;沉积电位、镀液中Co3O4粒子浓度及有机溶剂的添加均对镀层中Co3O4的嵌入量有很大影响。     

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。     

SiO_2/Co_3O_4核壳催化剂对AP热分解的催化性能研究

采用改良的St觟ber法制备粒径约为200 nm的单分散球形SiO2颗粒,以此为内核,分别通过液相沉淀法和尿素均匀沉淀法制备包覆形式不同的新型SiO2/Co3O4核壳式纳米催化剂。采用X-射线衍射分析(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、红外光谱分析(IR)、拉曼光谱分析(Raman)、BET比表面积测试等手段对产物进行表征,利用差式扫描量热仪(DSC)考察SiO2/Co3O4复合物对高氯酸铵(AP)热分解反应的催化作用,探讨不同包覆形式对其催化活性的影响。结果表明,两种方法制备得到的SiO2/Co3O4复合物分别为层包覆和粒子包覆,比表面积大,具有明显的核壳结构,且粒子包覆形式的SiO2/Co3O4对AP热分解反应的催化效果最好,使AP的高温分解温度降低了110℃,放热量增加了662 J·g-1。     

高催化活性Pd-Co3O4/MWCNTs催化剂对甲醇氧化的电催化性能

以Co(NO3)3·6H2O为钴源,聚乙二醇(PEG)20000为表面活性剂,与多壁碳纳米管(MWCNTs)混合后通过水热氧化法成功地合成了表面均匀分布纳米絮状Co3O4的MWCNTs复合物,进一步还原Pd的前驱体而制备得到Pd-Co3O4/MWCNTs复合催化剂.利用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)及X射线粉末衍射(XRD)等手段对样品的形貌和晶型结构进行了表征,结果表明Pd纳米粒子为面心立方晶体结构,均匀地分布在Co3O4修饰的MWCNTs表面.用循环伏安法和计时电流法表征结果表明:催化剂Pd-Co3O4/MWCNTs具有较大的电化学活性表面积,在碱性介质中对甲醇氧化具有更高的电催化活性和稳定性.研究结果表明,过渡金属氧化物纳米Co3O4颗粒在提高直接甲醇燃料电池(DMFC)催化性能研究中具有十分重要的作用,是一类很有潜力的载体催化剂.     

微乳法制备Co3O4纳米材料及其形成机理研究

采用Co(NH3)6Cl3为钴源,利用微乳法制备了Co3O4的纳米材料,可控合成了尺寸均一的边长约40～50 nm纳米立方和直径约400 nm的纳米球.并且考察了反应条件对产物形貌的影响,水与CTAB的摩尔比(w)和反应物浓度对产物形貌有着很大的影响,而反应温度对产物形貌基本没有影响.随着w值的增加,合成的纳米材料的尺...     

Co3O4纳米颗粒的制备及其电化学性能

采用化学共沉淀方法制备前驱体Co(Ⅱ)1-xCo(Ⅲ)x(OH)2-y(NO3)x+y,经焙烧后得Co3O4纳米颗粒。用红外光谱对所制样品的成分进行分析;用X射线衍射和场发射扫描电子显微镜表征产物的结构和形貌;用循环伏安、恒电流充放电等测试方法对Co3O4电化学性能进行研究。测试表明,Co3O4-300具有最佳的电容性能,单电极比电容可达338F/g,并且在1A/g电流密度下循环1000周后,比电容仍能保持93%,有望成为电化学电容器的电极材料。     

静电纺丝法制备定向排列的铁氧体纳米纤维

以聚乙烯吡咯烷酮(PVP)和金属硝酸盐为原料,采用改进的静电纺丝法制备了直径均匀、表面光滑、定向排列的Co0.8Zn0.2Fe2O4/PVP纳米纤维前驱体,经热处理后得到定向排列的铁氧体纳米纤维.对前驱体纤维的热分解过程及Co0.8Zn0.2Fe2O4(CZFO)的结构、物相及形貌进行了表征.结果表明,在空气中经550～950℃热处理3 h后均得到纯相、结晶良好的尖晶石型钴锌铁氧体;在2000 r/min转速下收集的复合纤维形貌最佳,直径约300 nm;经750℃热处理后纤维直径约为70 nm,室温下测得饱和磁化强度为66.1 A.m2/kg,矫顽力达到最大值6.6 A/m,表明钴锌尖晶石型铁氧体单畴临界尺寸约为44 nm.与CoFe2O4相比,CZFO的饱和磁化强度升高,矫顽力下降,并且CZFO的纤维与粉末的磁特性有明显的区别.     

纳米片聚结Co_3O_4微球催化甲苯燃烧（英文）

采用乙二胺辅助的水热法制备了纳米片聚结的Co3O4微球.利用多种分析技术表征了其物化性质,并评价了其对甲苯燃烧的催化活性.结果表明,由添加1.0 ml乙二胺经140°C水热处理12 h后制得的Co3O4样品呈纳米片聚结的微球状表面形貌.Co3O4微球样品的比表面积约为66 m2g-1.与体相Co3O4样品相比,Co3O4微球样品具有较高的氧吸附物种浓度和较好的低温还原性.当空速为20000 ml g-1h-1时,在Co3O4微球样品上甲苯转化率达到50%和90%时的反应温度分别为230和254°C.这与该样品具有较大的比表面积、较高的氧吸附物种浓度和较好的低温还原性相关.     

不同形貌纳米CoWO_4的水热法制备及气敏性能(英文)

以Co(NO3)2·6H2O、Na2WO4·2H2O为主要原料,去离子水为溶剂,利用水热法在不同条件下制备了一系列的纳米CoWO4,用XRD、TEM和比表面分析仪对产品的物相、形貌和比表面积进行了表征。较系统地探讨了水热条件(反应混合物pH值、反应时间、反应温度等)对产物物相和形貌的影响,并研究了不同形貌产品对甲醛、乙醇、氨气、苯和丙酮等的敏感性能。结果表明:水热条件对产品的物相和形貌有影响,在不同水热条件下,可成功制备CoWO4纳米颗粒、纳米立方体及纳米棒;以纳米颗粒、纳米立方体及纳米棒样品制成的气敏元件对被试气体有不同程度的响应,其中以纳米颗粒为基的元件在210℃对1 000μL·L-1NH3灵敏度为3.3。     

纳米Fe_3O_4及钴离子掺杂Fe_3O_4:有机碱共沉淀制备和磁性质

以有机碱四甲基氢氧化铵(TMAH)为沉淀剂合成了纳米Fe3O4和Co2+掺杂的纳米Fe3O4粒子。分别讨论了碱用量,铁盐溶液浓度,反应温度,有机碱及PEG-4000的分散性等因素对纳米Fe3O4的形貌影响。结果表明,所合成的纳米Fe3O4为30nm左右的反尖晶石型面心立方结构,有机碱除了起沉淀剂作用,还能够提高纳米Fe3O4的分散性。本文还讨论了不同Co2+掺入量的纳米Fe3O4粒子的磁性质,结果表明Co2+掺杂的纳米Fe3O4粒子的矫顽力在不同掺入量的下有较大的改变。当Co2+掺入量为10.0%时,纳米Fe3O4的矫顽力达到最大值,为1628Oe。     

基于CeO2-Co3O4纳米纤维的催化发光式甲醛传感器研究

采用双喷嘴静电纺丝法制备了CeO2-Co3 O4纳米纤维,将制备的CeO2-Co3 O4纳米纤维均匀涂覆于 ω型加热线圈表面形成催化发光薄膜,设计了一种新型催化发光甲醛传感器.采用X射线衍射仪、 扫描电子显微镜、 全自动程序化学吸附仪和X-射线光电子能谱仪,表征了Co3 O4-CeO2纳米纤维的相组成和微观形貌,讨论了甲醛在CeO2-Co3 O4催化剂表面的电化学特性和催化发光机理.在优化条件下,即波长500 nm、 温度550℃ 、 载气流速0.2 L/min,甲醛传感器件(Ce30)催化发光强度与甲醛浓度在1.2~50μg/m3范围内有良好的线性关系,灵敏度为40.04 a.u./(μg/m3),检出限为1.2μg/m3,动态响应和恢复时间分别为2.4和3.5 s.此传感器可用于汽车尾气中甲醛浓度检测,相对误差范围为0.4%~1.1%,相对标准偏差RSD<3%(n=6).