六角片状氧化钴合成及电化学性能研究开题报告

1. 研究目的与意义

过渡金属氧化物由于其化学活性高，光学、电学、磁学性能突出，可用于制成性能优异的气敏和热敏元件，催化材料，电极材料，磁性材料等。其中，重要的成员钴，因其独特的性能被材料界广泛的重视。作为重要的金属钴氧化物，co3o4的分子量为240.79，理论上钴的含量为73.43%，氧的含量为26.57%，从外观来看表现呈黑色或灰黑色粉末，co2 离子四面体被氧原子包围，co3 离子八面体被氧原子包围。该骨架所具有的四面体与八面体共面组成了三维网络空间结构，氧原子作为立方紧密堆积，75%的co原子交替的出现在位于立方紧密堆积的氧层之间，剩下的25%的原子位于相邻层。因纳米材料的性质强烈依赖于粒子的形状和大小，因此这些也是他们最终性能和应用的关键。co3o4纳米颗粒的大小和形貌对其物理化学性能有显著影响，其在催化剂、气体传感器、磁性物质、压敏陶瓷、电化学物质等方面有着诸多广泛的应用。co3o4纳米材料在结合其传统领域与纳米技术以后有着更加诱人的应用。其次，过渡金属氧化物（mxoy）与锂离子发生反应，伴随着li2o的生成。li2o在充放电过程中，能够可逆的生成和分解对于该储锂原理的锂离子电池来说十分关键。四氧化三钴有着较高的理论容量（远大于石墨），是一种极具潜力的碳负极替代材料。同时，四氧化三钴也是一种很好的功能材料，在气体传感、温度传感、化学催化等领域也有着十分广阔的应用前景。此外，四氧化三钴还是合成正极材料钴酸锂的原料。因此，开发和研究四氧化三钴的电化学性能有着十分重要的实用价值。

目前，合成纳米co3o4颗粒的方法有很多，常见的方法有共沉淀法、固相热分解法、化学气相沉积法、溶胶-凝胶法、氧化还原法、溶剂热法以及水热法等。

对于用共沉淀法来制备co3o4纳米颗粒，大都采用可溶性钴盐进行制备，如韩立安在co3o4纳米颗粒的制备及表征中所采用的，以草酸铵和硝酸钴为原料，通过生成的在草酸钴沉淀来制备四氧化三钴纳米颗粒。涉及到的化学反应方程式为：

2. 研究内容和预期目标

2.1研究内容

粒径均匀的纳米粒子在基础科学研究和应用上都具有重要意义，所以制备粒径均匀、尺寸可调、形貌可控的纳米粒子成为近几年的研究热点。氧化钴纳米粒子在磁性存储、污水处理、生物医学等领域具有广泛的应用，因此制备单分散性的氧化钴纳米粒子具有更为重要的意义。目前，各种形貌的氧化钴磁性颗粒已经被成功制备出来。本课题拟采用水热法制备一种形貌、尺寸可调控的氧化钴纳米磁性颗粒，具体研究内容如下：

（1）反应温度对氧化钴磁性颗粒形貌、尺寸与性能的影响；

3. 研究的方法与步骤

3.1Co3O4纳米颗粒的合成步骤

取2mmol的Co(CH3COO)24H2O，0.3mmol的CTAB，用20mL的无水乙醇将其溶解，所配溶液的浓度为0.10mol/L，此时，溶液呈紫红色。在磁力搅拌的情况下，逐滴加入0.4M的NaOH，调节pH≈12。随着NaOH溶液的不断滴加，溶液呈现出不同的颜色变化：紫红色→紫色→浅蓝色→蓝色→墨绿色，并且伴有墨绿色沉淀的产生。将上述含有沉淀的混合溶液转移到一个有聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压釜中，放入温度为190C的烘箱中，保持12h，之后自然冷却至室温，有土黑色沉淀产生。分别用蒸馏水，无水乙醇洗涤三次，静置，烘干，得到黑色粉末状固体。

4. 参考文献

[1]曾雯雯，不同形貌四氧化三钴的电容性能研究[d]，中南大学硕士学位论文，2008

[2]韩立安，常琳，牟国栋，孟泉水，朱金山，co3o4纳米颗粒的溶胶凝胶法制备及磁性[j]，西安科技大学学报，2008，28（3）

[3]季敏霞，溶胶凝胶法制备纳米氧化物的研究[d]，山东科技大学硕士学位论文，2005

5. 计划与进度安排

（1）第1-3周（2022年3月2日2022年3月20日）查阅文献资料，做开题报告。

（2）第4-6周（2022年3月23日2022年4月10日）完成设计的相关实验。

（3）第7-14周（2022年4月13日2022年6月5日）结构表征与性能测试。