磷化钴微纳米材料的合成、表征及其性能研究

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磷化钴微纳米材料因其具有一些新奇的特殊性能:磁学性能、催化性能、光催化性能、以及可以作为锂离子电池的阳极材料,已经成为很多课题小组研究的热点领域之一。磷化钴有多种相态,例如CoP,Co2P,CoP2,CoP3等及其一些磷化钴复合材料,都在各个领域有广泛的应用。磷化钴相态丰富,所以制备确定化学计量比的过渡金属磷化钴是非常困难的。因此,研究一种简便可行,制备相态和形貌可控的磷化钴纳米晶的合成方法,对材料科学研究工作者来说,仍然是一个巨大的挑战。本论文旨在利用简单的水热/溶剂热合成方法制备出具有特定形貌和物相的磷化钴微纳米材料,通过对实验参数的调控,成功地实现了水热/溶剂热条件下目标产物的形貌,相态的控制合成。同时,本文还着重研究了磷化钴微纳米材料的催化性能。实验结果表明,所得目标产物,在水溶液体系中,催化还原4-硝基苯酚以及其他一些芳香族硝基化合物,表现出较高的催化活性。论文的主要研究内容如下:1.采用水和乙醇作反应溶剂,氯化钴(CoCl2·6H2O)和白磷(WP)作为起始反应物,十二烷基苯磺酸钠(SDBS)为表面活性剂,六亚甲基四胺(HMT)为pH调节剂,运用简单的混合溶剂热法在170C下反应800min,成功制备了由大量纳米棒构筑而成的Co2P纳米结构。研究发现HMT的用量对产物的形貌和结晶性有着重要的影响。实验结果表明该产物能够快速催化还原一些芳香族硝基化合物,如4-硝基苯酚、4-硝基苯胺等。而且该产物显示出较好的选择吸附水中Pb2+、Cu2+的能力。2.以氯化钴(CoCl2·6H2O)、白磷(WP)和次磷酸钠(NaH2PO2·H2O)作为起始反应原料,乙二醇为溶剂,在没有表面活性剂或模板的条件下,通过简单的溶剂热路线于170C下反应16h,成功地制备了由纳米花自组装而成的二维墙壁状Co2P微结构。实验研究发现,次磷酸钠的用量对产物的形貌有着重要的影响,当NaH2PO2的用量低于3mmol时,产物主要是花状的Co2P微结构,进一步提高NaH2PO2的用量时,产物中出现了大量由花状微结构自组装而成的二维墙壁状Co2P微结构。实验结果显示,二维墙壁状Co2P微结构,在水溶液体系中,能够快速催化NaBH4还原一些芳香族硝基化合物。进一步实验发现,在此类催化反应中,二维墙壁状Co2P微结构催化效率明显高于花状的Co2P微结构。此项实验结果证实了,催化剂的催化活性与其形貌有一定的关联性。3.采用一条简单的乙二醇溶剂热路线,用氯化钴(CoCl2·6H2O),氯化镍(NiCl2·6H2O),白磷(WP),次磷酸钠(NaH2PO2·H2O)作为起始反应物,成功制备了三元CoNiP纳米结构。SEM观察显示,所获得目标产物是由许多微球状结构组成,而且微球的表面包裹着大量平均直径为30nm左右,长度约为1μm的纳米线状物质。实验研究发现,所制得的三元CoNiP纳米结构,在催化NaBH4还原芳香族硝基化合物的反应中,展现出优异的催化活性,比二元Ni2P纳米结构作为催化剂,表现出更好的催化效率。
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