微波與超聲波對液相合成四氧化三鈷形貌的影響研究.pdf

1、四氧化三鈷主要應(yīng)用在制備電池正負(fù)極材料、超級電容器、硬質(zhì)合金、壓敏陶瓷、油漆添加劑,搪瓷和陶瓷顏料,精煉石油催化劑等領(lǐng)域,隨著其應(yīng)用范圍的不斷擴(kuò)大,人們對Co3O4形貌及粒度分布控制研究不斷深入。為此,本研究探討了以Co(NO3)2·6H2O為原料,采用微波與超聲波協(xié)同作用均相沉淀法無需添加修飾劑制備晶須狀Co3O4前驅(qū)體,然后熱分解得到Co3O4超細(xì)粉體的新途徑;重點考察了微波與超聲波雙外場協(xié)同作用下的沉淀劑種類、反應(yīng)模式、反應(yīng)物濃度

2、、摩爾比、反應(yīng)溫度、反應(yīng)時間、超聲波功率、陳化時間等對Co3O4前驅(qū)體形貌的影響;通過單因素實驗變量法改變實驗反應(yīng)因子,找到制備D50小、粒徑分布均勻形貌呈晶須狀的Co3O4前驅(qū)體及Co3O4的較優(yōu)反應(yīng)條件;并利用SEM、FT-IR、XRD、TG-DTG等分析測試手段對Co3O4粉體進(jìn)行檢測分析,得到Co3O4粉體形貌、粒徑大小、純度和物質(zhì)的組成。
　　研究結(jié)果表明,相比較Na2CO3、NH4HCO3、H2C2O4,以CO(NH2

3、)2作為沉淀劑的均相沉淀法更易得到形貌呈晶須狀的納米級Co3O4前驅(qū)體,但其常規(guī)加熱反應(yīng)速度極慢,單一微波輻射加熱可提高反應(yīng)速率,而在微波與超聲波雙外場協(xié)同作用下其反應(yīng)顯著加速。雙外場輔助均相沉淀法制備晶須狀Co3O4前驅(qū)體較優(yōu)條件為:沉淀劑(CO(NH2)2)與反應(yīng)物(Co(NO3)2)摩爾比為3,[Co2+]濃度以1.0mol·L-1為佳,反應(yīng)溫度80℃,反應(yīng)時間3h,微波功率700W,超聲波功率1200W(超聲波模式2:1),陳化

4、時間0h。
　　前驅(qū)體XRD分析顯示CO(NH2)2為沉淀劑制備Co3O4前驅(qū)體是復(fù)雜多晶體Co2(OH)2CO3;H2C2O4為沉淀劑制備Co3O4前驅(qū)體是CoC2O4。前驅(qū)體(Co2(OH)2CO3)TG-DTG熱分析表明,為得到Co3O4熱分解溫度控制在300℃~820℃之間。制備Co3O4較優(yōu)熱分解溫度在700~800℃,保溫時間3h。前驅(qū)體CoC2O4和Co2(OH)2CO3在800℃熱分解,保溫3h條件下,傅里葉紅外光

5、譜和XRD分析表明產(chǎn)物為Co3O4,產(chǎn)物晶型完整,基質(zhì)純度高,無雜質(zhì)相的立方晶系Co3O4;但SEM顯示普通電熱分解產(chǎn)物形貌變異為類球狀或珊瑚狀。根據(jù)謝樂公式估算其晶粒等效粒徑約30~40nm。
　　初步實驗結(jié)果還表明,與電加熱干燥及熱分解相比,采用微波輻射干燥及熱分解Co3O4前驅(qū)體有可能控制其熱分解產(chǎn)物形貌保持為晶須狀或纖維狀或納米球狀。限于時間及實驗條件,有待于進(jìn)一步研究微波外場作用下熱分解產(chǎn)物與其前驅(qū)體形貌的遺傳與變異規(guī)律