线状和树叶状Co3O4纳米材料的水热合成及其性质研究

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磁场诱导水热合成方法不但能制备具有独特形貌的磁性纳米材料,而且出于外加磁场的诱导能够改变产物的微结构,进而改进产物的磁性质。它拓展了磁性材料的合成方法,对于高温冶金工业、电子工业的材料设计和改进都具有重要意义,值得深入研究。外加磁场的强度一般不能破坏化学键,但会导致材料的构象变化和结构重排,会影响晶核的成核条件并导致新相的产生。Co系微纳米粉体通常具有比较大的体积效应和表面效应,在催化、磁流体、磁记录、传导、永磁材料和磁存储等领域都有非常广泛的应用前景。Co纳米晶体的形貌、结构的尺寸和结晶度对它的物理和化学性能有着重要的影响;C0304在催化反应、锂离子电池、气敏传感器和电容器等领域有广泛的潜在应用价值和前景。采用磁场诱导水热合成方法,成功制备出一些具有特殊形貌结构的Co单质、C0304和Cu-Co双金属结构的微纳米材料,并研究了磁场强度等反应参量对产物形貌、结构和性质的影响以及相应的生长机制。论文的主要研究成果如下:1、采用水热还原法,以氯化钻(CoCl2·6H2O)和氢氧化钠(NaOH)作为反应前驱物、水合肼作为还原剂、乙二胺作为配位剂,制备微米级的树叶状Co单质,将所得的Co单质在500℃的空气条件下退火1h制得形貌相似的C0304。采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、振动样品磁强计(VSM),对所得样品的结构、形貌和磁性能进行了初步研究。结果表明,树叶状Co单质表现出室温铁磁行为,具有较高的磁参数,饱和磁化强度和矫顽力分别为139.3emu/g、370Oe。同时500℃退火1小时后的C0304也表现出极弱的铁磁性行为,可能是由于未完全氧化的Co单质所产生;除此之外还对树叶状结构Co可能的成长机理进行了探究。2、在外加磁场诱导下,采用水热法和退火处理,成功合成了球形结构和线状结构的Co3O4,并运用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)对所得产品的结构和形貌进行初步研究,研究结果表明,Co3O4纳米线宽250nm,长约10μm,除此之外还对线状结构Co3O4可能的成长机理进行了探究。同时利用恒电流法测量样品的电化学性能,测量结果表明,线状结构的Co3O4比球形结构的Co3O4有更大的充放电能力;另外,利用紫外线照射甲基橙试剂的光降解作用来研究样品的光催化能力,研究结果表明,Co3O4无论是线状结构还是球形结构都有很好的光催化能力。3、通过氧化还原金属转移反应,把合成的树叶状Co微晶体作为基底成功的制备了Cu表面修饰树叶状单质Co的磁性复合材料,并研究了Cu(NO3)2与Co的不同摩尔比和PVP对样品形貌的影响。结果表明,实验中的PVP起着粘结剂的作用,PVP在Cu-Co复合材料结构体的形成中扮演着至关重要的角色;树叶状Co的主干和侧枝部位的还原性比较强。合成的Cu-Co磁性复合材料在可回收利用催化剂领域有好的应用前景。
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