復(fù)合金屬氧化物納米管及納米顆粒的制備、表征及性能研究.pdf

1、金屬氧化物納米管由于其獨(dú)特的一維中空結(jié)構(gòu)特征，已在很多領(lǐng)域表現(xiàn)出與眾不同的物理化學(xué)性質(zhì)。復(fù)合金屬氧化物由至少兩種金屬元素組成，各金屬元素間的協(xié)同效應(yīng)，以及外來元素的摻雜作用，往往賦予它更優(yōu)異的性能。但該類化合物由于組分復(fù)雜，晶相多為非層狀結(jié)構(gòu)，因此其納米管結(jié)構(gòu)的合成具有一定困難，報(bào)導(dǎo)較為少見。基于此，本論文主要結(jié)合多孔陽極氧化鋁(AAO)模板技術(shù)，制備了復(fù)合金屬氧化物(ABO3鈣鈦礦和AB2O4尖晶石)納米管，通過與相應(yīng)納米顆粒作對比，

2、開展了其在能源與環(huán)境領(lǐng)域的相關(guān)基礎(chǔ)應(yīng)用研究。此外，還初步探索了AB2O4的水熱合成技術(shù)，得到了準(zhǔn)方形納米晶結(jié)構(gòu)。主要內(nèi)容如下： 1.La0.6Ca0.4CoO3納米管.La0.6Ca0.4CoO3是金屬-空氣電池氧電極的優(yōu)良電催化劑，采用AAO模板技術(shù)結(jié)合溶膠-凝膠法合成了La0.59Ca0.41CoO3納米管，研究了反應(yīng)溫度、前驅(qū)體溶液濃度、以及升溫速率等關(guān)鍵因素對納米管形貌的影響，優(yōu)化了制備參數(shù)。對該納米管的電催化析氧性能進(jìn)

3、行了初步研究，結(jié)果表明相同條件下，納米管比納米顆粒能夠更大程度降低氧的析出過電位，且具有更好的催化循環(huán)壽命。 2.MCo2O4(M-Ni,Cu,Zn)納米管.該類尖晶石復(fù)合氧化物除可用作氧電極電催化劑外，近年來還出現(xiàn)了一些新興研究領(lǐng)域，如氣體傳感器和鋰離子電池陰極材料等。采用AAO模板結(jié)合硝酸鹽混合物熱分解的方法，通過優(yōu)化反應(yīng)參數(shù)合成了MCo2O4納米管，并探索了其在氣敏和儲鋰等新領(lǐng)域的應(yīng)用可行性。實(shí)驗(yàn)表明，MCo2O4納米管氣

4、敏傳感器具有優(yōu)異的選擇性和很高的靈敏度，如300℃時在400ppm的各種考察氣體中，CuCo2O4納米管只對SO2響應(yīng)明顯，靈敏度高達(dá)41.65。MCo2O4納米管用于鋰電陰極材料，雖然具有較低的放電平臺和較高的首次放電容量(以ZnFe2O4納米管為例，分別為0.55V和926mAh·g-1)，但容量衰減迅速，有待于進(jìn)一步提高。 3.ZnFe2O4納米管.相比于新開發(fā)的MCo2O4尖晶石，ZnFe2O4是一種傳統(tǒng)的氣敏材料，其價

5、格低廉且環(huán)境友好。由AAO模板結(jié)合聚乙烯醇(PVA)溶膠凝膠法制備了ZnFe2O4納米管，探索了其“一步”成相歷程，并考察了其對還原性氣體的敏感性。結(jié)果表明，納米管元件的初始響應(yīng)溫度和最佳工作溫度分別比相應(yīng)顆粒元件至少低20℃和50℃，而且納米管元件具有更高的靈敏度和更低的檢測限。對可能的機(jī)理進(jìn)行了探討。 4.準(zhǔn)方形ZnFe2O4納米晶.模板法制備納米管具有價格和產(chǎn)量上的局限性，因此試圖以廉價的ZnFe2O4為例，探索其水熱合成