水杨酸根插层层状氢氧化钴纳米材料的可控制备及其性能研究

摘要

有机无机复合纳米材料兼具有机材料和无机材料的特点,可应用为传感器材料、热敏材料、光电元件材料等等,近年来受到人们的广泛关注。有机插层的层状氢氧化钴是一类重要的有机无机复合材料,在分子磁体、气体存储、催化剂等领域具有广泛的应用前景。目前,对于有机无机复合纳米材料的可控合成,特别是在纯度、尺寸和形貌的控制仍是一个巨大的挑战。
　　 本论文采用沉淀法,在水相中合成了水杨酸根插层层状氢氧化钴(Sal-LCH),通过控制实验条件,制备得到不同尺寸的Sal-LCH纳米片和纳米棒,并对其性能进行了初步研究。具体研究内容如下:
　　 1.采用一步沉淀法,制备了Sal-LCH纳米片。通过对反应条件的调控,实现了Sal-LCH纳米片的可控制备,其粒子尺寸及形貌变化规律如下:晶化时间小于3 h时,Sal-LCH呈现为纳米粒子状,其尺寸可控制在10-20 nm;晶化时间大于3 h时,Sal-LCH呈现为纳米片状,纳米片的大小可控制在50-100 nm,厚度在10-15 nm。通过XRD、FTIR、SEM、TG-DTA、UV-Vis等表征手段,研究了该材料的结构、形貌及热稳定性。
　　 2.在无模板剂,修饰剂的条件下一步合成了具有热致结构转变性能的Sal-LCH纳米棒。系统讨论了合成温度,浓度及晶化时间对纳米棒晶型和形貌的影响,实现了纳米棒的可控制备,纳米棒长度可控制在300 nm-10μm,直径在50-125 nm。通过各种表征手段,研究了Sal-LCH纳米棒的热致结构转变性、热稳定性及其可恢复性。该纳米棒具有高热稳定性(400℃),可作为一种高稳定性的传感器材料。
　　 3.以Sal-LCH纳米棒为前体,在不同的气氛中焙烧得到四氧化三钴纳米棒和高饱和磁化强度的钴纳米棒。研究结果表明,四氧化三钴纳米棒和钴纳米棒均具有粒子尺寸可控、高度分散的特点,两者均可应用为催化剂材料。