氧化钴由于具有独特物理化学性质和磁学性质,是最为重要的一类过渡金属氧化物材料。纳米钴氧化物目前被广泛应用于电化学、催化、磁性材料、气敏传感器等领域,对人类生活产生巨大影响。材料的物相、结晶度、活性比表面积、形貌结构等对其性能的发挥显著影响。为了提高材料的应用化水平,我们采用水热/溶剂热法设计并宏量构筑了特殊微/纳米结构的钴基氧化物,并应用于锂离子电池负极储锂和氨硼烷催化产氢上表现出了优异的性能。具体研究内容包括以下三个方面:1.一维纳米材料在电极材料领域具有非常重要的应用前景,我们采用水热法设计了Cu、Ni共掺杂的钴基氧化物纳米线Cu_0.6Ni_0.4Co₂O₄,既利用了一维纳米材料的结构优势,又利用了三种过渡元素间的协同效应,提高负极材料的电子传导和锂离子扩散系数。结果表明:一维纳米既有利于电子传导,又能缓解材料充放电过程中体积变化应力;引入不同过渡金属元素,可调变钴基氧化物电极材料离子/电子电导率以及储锂电压。得到的Cu_0.6Ni_0.4Co₂O₄纳米线在50 m A g^-1电流密度下循环50圈,仍能保持880 m Ah g^-1的比容量,表现出非常高的可逆比容量和优异的倍率性能和循环稳定性。2.空心结构纳米电极具有十分重要的应用前景,受到研究者们的广泛关注。我们以柠檬酸三钠作为络合剂,通过控制水热合成条件以及后续热处理条件获得不同内部结构的Co₃O₄,包括多壳层空心结构、蛋黄-蛋壳结构和片状结构。我们采用了XRD、FTIR、SEM、TEM、BET、XPS、恒流充放电测试、循环伏安测试、EIS等手段表征和测试了材料的结构和电化学性能。结果表明:多壳层中空结构的具有非常优异的电化学性能,包括循环稳定性、倍率性能、赝电容贡献等,最优条件下,样品在0.5 C的电流密度下循环200圈仍保持1012 m Ah g^-1的比容量;在2 C的电流密度下比容量为550 m Ah g^-1。通过比较观察不同循环圈数的极片形貌变化,发现在循环后期的多壳层Co₃O₄能够转变为片状组成的球体结构,这将更有利于缓解体积膨胀以及电极与电解液间的进一步接触。3.钴基氧化物是最重要的一类非贵金属催化剂,我们创造性的将获得的Cu_xCo_1–xMo O₄纳米棒负载到石墨相氮化碳（g-C₃N₄）上,作为氨硼烷水解产氢的高效催化剂,并且考察了Cu与Co的比例对材料结构和性能影响。结果表明:当Cu与Co的优化比例为4:6时,催化活性最佳;纯Cu_0.4Co_0.6Mo O₄纳米棒已经具有的非常好催化氨硼烷效果,通过负载g-C₃N₄后催化性能能得到近一步增强,负载前后材料的TOF值分别为17.6和75.7 mol _H2mol_cat^-1min^-1。与文献中的非贵金属催化剂作性能比较,我们设计的Cu_0.4Co_0.6Mo O₄纳米棒/g-C₃N₄是性能较为优异的一类催化材料。我们采用可宏量制备的水热法设计并构筑了一系列特殊形貌钴基氧化物纳米材料,在锂离子电池储锂负极以及催化氨硼烷产氢方面表现出了优异性能。研究了材料结构和性能的“构-效”关系。因此,本工作具有重要的理论意义和实用价值。