尖晶石型钴酸盐微/纳米材料的水热合成、表征及其性能研究

摘要

尖晶石结构微/纳米材料在磁记录、光电转换、能量转化与存储、传感和催化等诸多领域具有潜在的用途，已经成为当前科学研究的热点。目前，合成尖晶石结构微/纳米材料的方法有很多，如水热/溶剂热路线、微波合成、溶胶-凝胶技术以及共沉淀等。在本论文中，我们旨在利用水热法合成具有尖晶石结构的钴酸盐微/纳米材料，包括钴酸镍、钴酸锰和钴酸铜，并探索其在电容器和催化方面的潜在应用。论文的主要研究内容如下：
　　1、设计了一种温和的水热-煅烧合成路线，以硫酸钴、硫酸镍和尿素为原料，在不同反应条件下，成功合成了花状和哑铃状钴酸镍多孔结构。实验结果显示：在没有任何添加剂的情况下，水热反应可得到花状结构；若添加适量的柠檬酸钠时，反应可以获得哑铃状结构。并且利用 X-射线粉末衍射、X-射线能量散射、扫描电镜以及透射电镜对产物进行了表征。电化学测试结果表明，花状和哑铃状钴酸镍均可以作为电极材料，在1A g-1下容量分别为553 F g-1和890 F g-1；此外，在10A g-1下循环5000次，容量损失仅为14.5％和6.4％，表现出了优异的性能。
　　2、以硫酸钴、硫酸锰和尿素为起始反应物，利用简单的水热合成路线和随后的煅烧过程，成功制备了钴酸锰微球。实验显示，煅烧温度几乎不影响产物的最终形貌，但对产物的结晶性和比表面积产生了明显的影响；电化学测试表明：600℃下煅烧6h所获得的钴酸锰微球，比表面积达到了107.7 m2 g-1，作为电极材料时，显示了优异的性能。在电流密度为2A g-1下，容量高达1400F g-1；在10A g-1下循环6000次，容量损失仅为3.02％。
　　3、用硫酸钴、硫酸铜和尿素为初始反应试剂，氟化铵为添加剂，80℃下水热反应15h，随后在400℃下热处理2h，成功合成了花状钴酸铜微结构。使用 X-射线粉末衍射、X-射线能量散射、扫描电镜以及透射电镜对目标产物进行了系统的表征。研究表明，氟化铵在花状钴酸铜微结构的形成过程中起着重要的作用。电化学测试发现，所得花状钴酸铜微结构显示出优良的电化学性能，可被用作超级电容器的电极材料。此外，花状钴酸铜微结构也呈现出很强的催化活性，在30mg L-1的催化剂存在下10min内几乎完全催化还原4-硝基酚。这为工业上芳香族硝基化合物的溶液相还原提供了新的催化剂选择。

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第一章 绪 论

1.1引言

1.2尖晶石结构微/纳米材料简介

1.3 尖晶石结构微/纳米材料的合成方法

1.4尖晶石结构微/纳米材料的性能研究

1.5 论文选题依据及研究内容

参考文献：

第二章 实验试剂及仪器

2.1实验试剂

2.2实验仪器

第三章 NiCo2O4多孔结构的控制合成及其电化学性能研究

3.1 引言

3.2 实验部分

3.3结果与讨论

3.4结论

参考文献:

第四章 MnCo2O4微球的水热合成及其电化学性能研究

4.1引言

4.2 实验部分

4.3结果与讨论

4.4结论

参考文献：

第五章 花状CuCo2O4的合成、表征及其应用

5.1 引言

5.2 实验部分

5.3结果与讨论

5.4结论

参考文献：

附录：攻读硕士研究生期间发表论文情况

致谢