纳米四氧化三钴及其核壳复合物的制备与催化性能研究

摘要

Co3O4是第Ⅷ副族过渡金属氧化物，是典型的P型半导体，具有较好的空电子轨道，容易接受电子对，是一种优良的过渡金属氧化物催化剂，而纳米粒子的形貌及粒度对其催化性能的影响很大。本文通过改变反应条件控制纳米Co3O4颗粒的形貌及粒度，并以SiO2为载体制备SiO2/Co3O4纳米复合催化剂。
　　采用溶剂热法，通过改变反应条件，包括钴盐种类、表面活性剂种类、沉淀剂种类、溶剂种类以及反应温度制备得到不同形貌、粒度的Co3O4纳米粒子，考察不同反应条件对Co3O4形貌和粒径的影响。利用差示扫描量热仪(DSC)研究了不同粒度的Co3O4对高氯酸铵(AP)热分解的催化性能。结果表明，反应条件对Co3O4纳米粒子形貌、粒度的有明显影响，粒度小的Co3O4纳米粒子对AP的催化效果更好。
　　采用改良的St(o)ber法制备粒径约为200nm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。通过改变Co(NO3)2·6H2O的浓度来控制Co3O4壳层的厚度及SiO2/Co3O4复合物的包覆形式。利用DSC考察SiO2/Co3O4复合物对AP热分解反应的催化作用，探讨不同包覆形式及包覆层厚度对其催化活性的影响。结果表明，SiO2/Co3O4核壳式复合物对AP热分解具有良好的的催化活性，其中粒子包覆形态的SiO2/Co3O4复合物催化效果最好;且随着Co(NO3)2·6H2O浓度的增加，Co3O4壳层厚度增加，其催化效果也有所不同。
　　以Co3O4纳米颗粒为内核，通过前驱体TEOS的水解和缩合将SiO2沉积在Co3O4表面，制备得到Co3O4/SiO2核壳结构纳米复合物，并对产物的形貌、结构进行了表征。利用DSC考察Co3O4/SiO2复合物对AP热分解反应的催化作用。结果表明，Co3O4/SiO2纳米复合物具有明显的核壳结构，SiO2壳层可以防止高温时Co3O4的团聚和烧结，保证其对AP良好的催化活性。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 纳米复合催化剂

1．1．1 纳米复合材料

1．1．2 纳米复合催化剂

1．1．3 核壳式纳米复合催化剂

1．1．4 核壳式纳米复合催化剂的制备方法

1．2 高氯酸铵简介

1．2．1 AP热分解特性

1．2．2 AP热分解反应机理

1．2．3 AP热分解催化研究

1．2．4 固体推进剂用纳米复合催化剂

1．3 本课题选题意义及主要研究内容

1．3．1 本课题的选题意义

1．3．2 本课题的主要研究内容

2 纳米四氧化三钴的制备与催化性能研究

2．1 引言

2．2 本章的主要内容

2．3 实验试剂和仪器

2．3．1 实验试剂

2．3．2 实验仪器

2．4 Co3O4的制备

2．5 Co3O4的表征

2．6 结果与讨论

2．6．1 钴盐种类对产物物相的影响

2．6．2 反应温度物相的影响

2．6．3 溶剂种类对产物物相的影响

2．6．4 沉淀剂对产物相的影响

2．6．5 表面活性剂对产物物相的影响

2．6．6 FTIR分析

2．6．7 Raman分析

2．7 Co3O4催化性能研究

2．7．1 Co3O4对高氯酸铵分解的催化测试

2．7．2 结果与讨论

2．7．3 催化机理讨论

2．8 本章小结

3 二氧化硅／四氧化三钴核壳复合物的制备与催化性能研究

3．1 引言

3．2 本章的主要内容

3．3 实验试剂和仪器

3．3．1 实验试剂

3．3．2 实验仪器

3．4 样品的制备

3．4．1 SiO2核的制备

3．4．2 液相沉淀法制备SiO2／Co3O4

3．4．3 尿素均匀沉淀法制备SiO2／Co3O4

3．4．4 SiO2／Co3O4结构表征

3．4．5 SiO2／Co3O4催化性能测试

3．5 不同包覆形式SiO2／Co3O4复合物的结构表征

3．5．1 XRD衍射图谱

3．5．2 TEM及STEM分析

3．5．3 FTIR分析

3．5．4 Raman分析

3．5．5 BET比表面积测试

3．6 不同包覆厚度SiO2／Co3O4复合物的结构表征

3．6．1 TEM分析

3．6．2 XRD衍射图谱

3．6．3 FTIR分析

3．6．4 Raman分析

3．7 核壳结构形成机理研究

3．8 SiO2／Co3O4复合物的催化性能研究

3．8．1 产物对AP热分解的催化性能研究

3．8．2 产物对AP热分解的催化机理研究

3．9 本章小结

4 四氧化三钴／二氧化硅核壳复合物的制备与催化性能研究

4．1 引言

4．2 本章主要内容

4．3 实验试剂和仪器

4．3．1 实验试剂

4．3．2 实验仪器

4．4 样品制备

4．4．1 Co3O4内核的制备

4．4．2 Co3O4／SiO2复合物的制备

4．5 Co3O4／SiO2复合物的结构表征

4．5．1 XRD衍射图谱

4．5．2 TEM分析

4．5．3 FTIR分析

4．5．4 Raman分析

4．6 核壳结构形成机理探讨

4．7 Co3O4／SiO2复合物的催化性能研究

4．7．1 产物对AP热分解的催化性能研究

4．8 本章小结

全文结论

致谢

参考文献

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