四氧化三钴的制备及其催化性质研究(2)

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3.1.1 实验样品 19

3.1.2 仪器和实验条件 19

3.2 结果讨论与分析 20

3.3 催化机理讨论 20

3.4 本章小结 21

结论 22

致谢 23

参考文献 24

1 绪论

在现代材料和化学科学中，微纳米材料的尺寸和形貌控制引起了学术界的广泛关注。如何合理控制材料的定向生长，调节其组成、形貌、尺寸以及维度，进而更好的理解晶体生长的复杂现象，揭示其潜在的基本理论和合成机理，并按照人们的设计最终合成功能材料具有十分重要的意义。作为P型半导体材料的过渡金属钴的氧化物是很有前途的功能材料，广泛应用于锂离子电池[ , , ]、磁性材料[ ]、气体传感器[3]和催化剂[ ]等诸多领域中。当前，过渡金属氧化物应用于锂离子(Li+)电池(含聚合锂离子电池)研究的领域中，四氧化三钴(Co3O4) 是最重要的研究对象之一，它也是目前唯一已大量应用于工业生产锂离子电池的正极材料——钴酸锂(LiCOO2)的重要原料之一。

因此，如何通过使用不同的合成方法控制实验参数或添加形貌导向剂等实现不同微观结构、形貌特征和尺寸大小的Co3O4的可控合成，从而提高其催化性能吸引了不少科研工作者的兴趣。

1.1 四氧化三钴的性质

四氧化三钴(Co3O4)，是具有尖晶石结构的立方晶体，占据八面体位的是三价钴离子(Co3+)，其晶体场稳定化能较高，晶格常数a=8.11×10-10m。四氧化三钴是黑色或灰黑色粉末，钴含量大约是73.43%，氧含量大约是26.57%，密度约为6.0 g/cm3-6.29g/cm3。该晶体不溶于水、盐酸、硝酸，但却能溶解于热硫酸[ ]。 1.2 四氧化三钴的制备

随着科学研究的发展，各类制备粉体材料的技术已经被人们发明探索出来。为了满足市场化需求，人们已经由实验室研究制备粉体技术慢慢转向工业生产与应用。根据应用领域和使用目的不同，对粉体的各项性能指标要求有差异，同时，粉体的性能也决定了它的应用。而用不同的方法制备的粉体，则得到的粉体的性能也是不同的。粉体的用途、性能和制备方法三者是一个整体，关系见下图1.1：

粉体的应用粉体的性能粉体的制备粉体的应用、性能和制备方法之间的关系

今后发展粉体制备技术的重点是：通过对传统的工艺和制备方法的研究，探索新的制备原理、制备方法及制备设备，其目的在于：

(1)制备出粒度细小、分布均匀、分散性好、比表面积大的粉体；

(2)该方法能应用于工业化生产，且具有高产量、低成本、使用性能好等优点；

(3)节能减排、低碳环保、绿色无污染。

目前为止，已经发明出很多制备粉体的方法。制备Co3O4的方法也有很多，传统方法包括化学沉淀一热分解法[ ]，阳极氧化法[ ]，纯钴高温下氧化法，钴盐直接煅烧法等。随着时代的发展，一些传统制备Co3O4粉体的方法，已经不能满足工业上的需要，新的制备方法如水热合成法、均匀沉淀法、高压氢还原法、溶胶-凝胶法以及近年来研发的喷雾法等。但是人们没有停止探究制备Co3O4的方法，仍然在不断探索发现新方法和新工艺[ ]。