復合金屬氧化物納米管及納米顆粒的制備、表征及性能研究.pdf

1、金屬氧化物納米管由于其獨特的一維中空結構特征，已在很多領域表現(xiàn)出與眾不同的物理化學性質。復合金屬氧化物由至少兩種金屬元素組成，各金屬元素間的協(xié)同效應，以及外來元素的摻雜作用，往往賦予它更優(yōu)異的性能。但該類化合物由于組分復雜，晶相多為非層狀結構，因此其納米管結構的合成具有一定困難，報導較為少見。基于此，本論文主要結合多孔陽極氧化鋁(AAO)模板技術，制備了復合金屬氧化物(ABO3鈣鈦礦和AB2O4尖晶石)納米管，通過與相應納米顆粒作對比，

2、開展了其在能源與環(huán)境領域的相關基礎應用研究。此外，還初步探索了AB2O4的水熱合成技術，得到了準方形納米晶結構。主要內容如下： 1.La0.6Ca0.4CoO3納米管.La0.6Ca0.4CoO3是金屬-空氣電池氧電極的優(yōu)良電催化劑，采用AAO模板技術結合溶膠-凝膠法合成了La0.59Ca0.41CoO3納米管，研究了反應溫度、前驅體溶液濃度、以及升溫速率等關鍵因素對納米管形貌的影響，優(yōu)化了制備參數(shù)。對該納米管的電催化析氧性能進

3、行了初步研究，結果表明相同條件下，納米管比納米顆粒能夠更大程度降低氧的析出過電位，且具有更好的催化循環(huán)壽命。 2.MCo2O4(M-Ni,Cu,Zn)納米管.該類尖晶石復合氧化物除可用作氧電極電催化劑外，近年來還出現(xiàn)了一些新興研究領域，如氣體傳感器和鋰離子電池陰極材料等。采用AAO模板結合硝酸鹽混合物熱分解的方法，通過優(yōu)化反應參數(shù)合成了MCo2O4納米管，并探索了其在氣敏和儲鋰等新領域的應用可行性。實驗表明，MCo2O4納米管氣

4、敏傳感器具有優(yōu)異的選擇性和很高的靈敏度，如300℃時在400ppm的各種考察氣體中，CuCo2O4納米管只對SO2響應明顯，靈敏度高達41.65。MCo2O4納米管用于鋰電陰極材料，雖然具有較低的放電平臺和較高的首次放電容量(以ZnFe2O4納米管為例，分別為0.55V和926mAh·g-1)，但容量衰減迅速，有待于進一步提高。 3.ZnFe2O4納米管.相比于新開發(fā)的MCo2O4尖晶石，ZnFe2O4是一種傳統(tǒng)的氣敏材料，其價

5、格低廉且環(huán)境友好。由AAO模板結合聚乙烯醇(PVA)溶膠凝膠法制備了ZnFe2O4納米管，探索了其“一步”成相歷程，并考察了其對還原性氣體的敏感性。結果表明，納米管元件的初始響應溫度和最佳工作溫度分別比相應顆粒元件至少低20℃和50℃，而且納米管元件具有更高的靈敏度和更低的檢測限。對可能的機理進行了探討。 4.準方形ZnFe2O4納米晶.模板法制備納米管具有價格和產量上的局限性，因此試圖以廉價的ZnFe2O4為例，探索其水熱合成