模板法制备多孔钴及其工艺研究开题报告

1. 研究目的与意义

过渡金属纳米粒子具有表面效应、体积效应、量子尺寸效应和宏观量子隧穿效应，并具有奇特的电性、磁性、光学性质和结构性质，在催化、发光材料、磁性材料、半导体材料和纳米器件等领域得到了广泛的应用。目前已经发展了很多制备方法如：蒸发冷凝法、物理粉碎法、机械球磨法等物理方法和气相沉积法、溶胶一凝胶法、沉淀法、水(溶剂)热法和模板法等化学方法，其中模板法因具有实验装置简单、操作容易、形态可控、适用面广等优点，近年来引起了人们的极大兴趣。模板合成的原理很简单，设想存在一个纳米尺寸的“笼子”，让成核和生长在该“纳米笼”中进行，在反应充分进行后，“纳米笼”的大小和形状就决定了作为产物的纳米颗粒的尺寸和形状，这些“纳米笼”就是合成中的模板，这种模板属于外模板，与此相对应的还有内模板，即利用纳米尺寸的物种作“核”，在该“核”上继续生长其它物种，在反应充分进行后除掉该“核”(内模板)即得到纳米结构的其它物种。显然，模板合成技术可以同时解决颗粒尺寸、形状控制和分散稳定性问题，因此利用和设计模板就显得尤为重要。

现今对于模板法的认识存在两个层次，即“狭义模板法”和“广义模板法”。“狭义模板法"是将具有特定空间结构和基团的物质“模板"引入到基材中，随后将模板除去来制备具有“模板识别部位"的基材的一种手段。对于“广义模板法"，可以这样定义：通过“模板”与基质物种的相互作用而构筑具有“模板信息"基材的制备手段。模板大致可分为硬模板和软模板两大类。硬模板包括多孔氧化铝、二氧化硅、碳纳米管、分子筛、以及经过特殊处理的多孔高分子薄膜等。软模板则包括表面活性剂、聚合物、生物分子及其他有机物质等。利用模板合成技术人们已经制得了各种物质包括金属、氧化物、硫属化合物、无机盐以及复合材料的球形粒子、一维纳米棒、纳米线、纳米管以及二维有序阵列等各种形状的纳米结构材料。

磁性材料一直是国民经济、国防工业的重要支柱和基础。通常所说的磁性材料是指强磁性物质，是古老而用途十分广泛的功能材料，而物质的磁性早在3000年以前就被人们所认识和应用，例如中国古代用天然磁铁作为指南针。现代磁性材料已经广泛的用在我们的生活之中，例如将永磁材料用作马达，应用于变压器中的铁心材料，作为存储器使用的磁光盘，计算机用磁记录软盘等。大比特资讯上说，磁性材料与信息化、自动化、机电一体化、国防、国民经济的方方面面紧密相关。而通常认为，磁性材料是指由过度元素铁、钴、镍及其合金等能够直接或间接产生磁性的物质。磁性材料按磁化后去磁的难易可分为软磁性材料和硬磁性材料。磁化后容易去掉磁性的物质叫软磁性材料，不容易去磁的物质叫硬磁性材料。一般来讲软磁性材料剩磁较小，硬磁性材料剩磁较大。纳米金属钴粉可作为高性能磁记录材料、磁流体、吸波材料、活化烧结添加剂等，广泛应用于硬质合金、电池、催化材料、永磁体、陶瓷等工业。纳米磁性展示了优异的电、磁、催化等性能。通过控制纳米磁性材料的形貌、晶型结构以及结晶度等因素有望获得具有理想性能和应用前景的纳米材料。钴纳米结构的尺寸、形貌及其结晶度对其物理和化学性质有着重要的影响。具有特殊形貌的钴纳米磁性材料（如纳米线、纳米片、纳米花）展示出不同于并且往往优于球形纳米磁性材料的性能。所以近年来，对该材料的制备和性能研究非常活跃。科研工作者已用微乳液法、气相沉积法、多元醇法、热分解前躯体法、电纺丝法、电化学沉积法以及磁场诱导法等一系列制备方法得到不同形貌和结构的钴纳米材料，如纳米棒、纳米线、链状、花状、稻穗状微米球等。目前，磁性钴纳米粒子的制各方法很多，如水热台成法、氢还原法、辐射合成法、等离子体法、沉淀法和溶胶凝胶法、高温液相法等。高温液相法又形成了高温液相还原法、金属有机化合物高温热分解法和金属盐醇解法三个分支来合成磁性金属钴或者合金钴纳米粒子。

2. 研究内容和预期目标

本课题通过系统考察各反应条件例如氢氧化钠的含量、不同配比的钴盐与水合肼、不同配比的钴盐与花粉对多孔钴形貌、尺寸、结构、导电性能、磁性方面的影响，探索出模板对多孔钴结构形成的影响规律，改善其工艺流程。

预期目标：在常温下制得性能良好的多孔钴材料。

3. 研究的方法与步骤

1、花粉预处理

将花粉倒入研钵中，加入少量乙醇将花粉润湿，研成小颗粒呈浆糊状态。将浆粉倒入小烧杯中加入乙醇，乙醇与花粉的体积比为2:1，然后放入超声清洗机中30分钟。澄清后将有颜色乙醇倒掉再用乙醇清洗花粉4 -5次，直至加入的乙醇纯净颜色较浅（判断：将乙醇与水混合后无白雾则可以）。将烧杯中放入烘箱（60℃以下），烘干过程中需搅拌，直至花粉干燥呈松散状态（可再次在研钵中研磨至更细），然后称重。

2、钴纳米粒子的制备

4. 参考文献

[1] 杜朝锋, 黄英, 秦秀兰. 模板技术在纳米材料制备中的应用与发展[j]. 材料导报, 2006, 20: 38~42.

[2] 张艳丽. 生物陶瓷材料及其发展动态[j]. 中国陶瓷, 2007, 43(3): 14~17.

[3] 姚敏, 王军, 徐高杰. 磁场诱导组装磁性钴纳米球链状结构及其磁性能[j]. 功能材料, 2009, 40(9): 1570~1572.

5. 计划与进度安排

1、第1~3周（2022-02-22~2022-03-11）：查阅文献资料，完成开题报告。查阅中外文献资料，综述国内外研究现状和发展趋势等，并进行外文资料翻译。

2、第4~9周（2022-03-14~2022-04-22）：多孔钴的制备研究。对制备出的多孔钴进行形貌表征及粒径分析及化学结构红外表征，测量并分析导电性和磁性。

3、第10~15周（2022-04-25~2022-06-03）：改善工艺流程，找到最合适的原料配比，使得制得的多孔钴具有良好的导电和磁性性能。

4、第16周（2022-06-06~2022-06-12）：实验总结与补充撰写论文,实验分析总结，综合结果讨论，撰写毕业论文，完成毕业论文材料打印和整理。