论文部分内容阅读
四氧化三钴以其优越的电化学、磁学、气敏、催化等性能得到了广泛的应用且受到了极大的关注。众所周知，产物的形貌对其相关性能有着很大的影响，因而研究合成形貌规则的四氧化三钴是提高其性能的关键。本论文采用沉淀法、水热法、溶剂热法合成了不同形貌的前驱体，焙烧处理后获得了具有不同规则形貌的四氧化三钴产物，并探讨了相应的反应机理；同时，考察了不同形貌的四氧化三钴对高氯酸铵的热分解催化性能。主要内容如下：利用沉淀法合成了片状β-Co(OH)2前驱体，经过500oC焙烧处理后获得了多孔片状Co3O4，考察了反应温度、溶剂和碱源对产物形貌的影响，并初步探讨了产物的形成机理。通过对比实验发现，水合肼和环己烷对片状结构的形成和规则有序生长有极大的贡献。随着反应温度的升高，产物的结晶度逐渐提高，产物形貌也越规则，介孔特性也随之提高。研究表明，产物作为催化剂对高氯酸铵热分解均有较好的催化性能，其中在80oC水浴温度下制备的Co3O4催化性能最佳，使高氯酸铵热分解温度区间由284~453oC降低到222~295oC。在表面活性剂油酸的辅助下水热法合成了梭子片状Co2(CN)5NH2前驱体，经过焙烧后得到了多孔梭子片状Co3O4，并考察了表面活性剂、溶剂体系、反应温度、反应时间和焙烧温度对产物形貌和结构的影响。研究发现，油酸作为结构导向剂对梭子片状的形成起到了决定性作用；随着溶剂体系中乙醇含量的改变，产物表现出不同的形貌。实验结果表明，添加2mL油酸，乙醇与水体积比1:1，180oC水热条件下反应12h制备的前驱体产物最佳。随着前驱体焙烧温度的升高，产物的孔径尺寸逐渐增大且分布变宽，催化性能则随之降低。其中，前驱体经过400oC焙烧制备的Co3O4产物形貌最佳且对高氯酸铵热分解催化性能最佳，使其热分解温度区间降低到227~307oC。以油胺为表面活性剂，乙二醇为溶剂利用溶剂热法合成了空心球形Co(CO3)0.5(OH)0.11H2O前驱体，经过焙烧处理后获得了Co3O4产物，并考察了表面活性剂、反应温度、反应时间和焙烧温度对产物形貌和结构的影响。结果表明，油胺和六次甲基四胺对产物空心球形的形成起到了关键性作用。随着前驱体焙烧温度的升高，球形结构的表面越粗糙，组装球形结构的纳米粒子尺寸逐渐增大，产物的比表面积则随之减小。实验结果表明，乙二醇为溶剂，添加0.5mL油胺，180oC水热反应16h制备的前驱体产物形貌最佳。经过不同焙烧温度获得的Co3O4对高氯酸铵热分解均具有较好的催化性能，其中350oC焙烧后制备的Co3O4产物催化性能最佳，使高氯酸铵热分解温度区间降低为220~296oC。