Co3O4及其復合材料的制備、性能表征及用于水泥基材料表面改性的研究.pdf

1、本文在不使用模板和表面活性劑的前提下，利用水熱法和隨后的煅燒過程合成一系列不同形貌的Co3O4材料，并探究不同形貌Co3O4材料的形成機理，討論其性能與微納米結構的相互關系;合成Co3O4/石墨烯復合物，考察不同含量的石墨烯對Co3O4微觀結構及超電容性質的影響;為拓寬Co3O4材料的應用范圍，制備Si2@Co3O4復合物，并用其對水泥基材料進行表面改性，探究復合物對水泥基材料性能的影響。
　　本研究主要內容包括：⑴納米顆粒組成的

2、花狀Co3O4的合成及其CO催化氧化性能研究。通過水熱法和隨后的煅燒過程制備由納米顆粒組成的三維花狀Co3O4樣品。煅燒過程對控制Co3O4納米顆粒的尺寸及其催化性能起關鍵的作用:煅燒溫度越高，納米顆粒的尺寸越大，而且不均勻;而升溫速率提高，納米顆粒團聚且尺寸減小。CO催化氧化實驗表明煅燒溫度為400℃，升溫速率為1℃ min-1時所得樣品性能最佳，在93℃時可將CO完全催化氧化。這種優(yōu)異的催化活性首先歸因于催化劑表面分布更多Co3+和

3、吸附氧物種，同時表面Co2+減少;其次，較大的表面積為Co3+提供更多吸附位點。⑵陰離子輔助法合成介孔Co3O4納米結構及超級電容器性能研究。可控合成各種形貌的納米結構對研究材料表面結構與其性能的相互關系以及開發(fā)其潛在應用具有重大意義。本部分用水熱法合成各種形貌的Co3O4前驅體，其中，前驅體的形貌、尺寸和晶相可以通過調整反應溶液的成分來調控（例如陰離子、陽離子和水解試劑），通過改變溶液中的陰離子，前驅體的微觀結構發(fā)生明顯變化，從六方納

4、米片轉變?yōu)榧{米針。煅燒之后，制備的前驅體轉變?yōu)榻榭證o3O4納米結構，前驅體的形貌和尺寸完整的保留下來。電化學測試表明由六方納米片組裝成的三維分級花狀Co3O4表現(xiàn)出更好的性能，電流密度為0.5A g-1時比電容為327.3 F g-1，10000個循環(huán)之后比電容可保持96.07％。這種陰離子輔助合成方法可以應用于其它過渡金屬氧化物的制備。⑶超薄Co3O4納米片/石墨烯復合材料的制備及超級電容器性能研究。有效的設計一種電極材料對超級電容

5、器的能量存儲和轉化至關重要。本部分利用水熱法和隨后的煅燒過程在石墨烯(RGO)上原位生長一種超薄的(2-3nm)、高結晶性的Co3O4納米片，在合成過程中，氧化石墨烯(GO)的存在影響Co3O4前驅體的生長。性質實驗表明，Co3O4/RGO-2電極（GO與CoCl2.6H2O的質量比為1∶10）表現(xiàn)出最佳的電化學性能。當電流密度為1.25Ag-1時，比電容高達3344.1 Fg-1，在10A g-1的電流密度下歷經6000個循環(huán)，比電容

6、量保持87.9％，這種優(yōu)異的性能歸因于超薄的、高結晶性的Co3O4納米片與RGO納米片的協(xié)同作用。這種片與片的復合結構作為電極材料在電化學領域具有較好的應用前景。⑷SiO2@Co3O4復合材料的制備及用于水泥基材料表面改性的研究。首先使用溶膠-凝膠法將SiO2顆粒包覆在已經制備好的Co3O4樣品，并首次將合成好的SiO2@Co3O4復合材料涂覆在水泥凈漿和砂漿的表面用于表面改性研究。SiO2@Co3O4改性的水泥凈漿微觀結構分析表明Si