Co3O4/碳复合超级电容器材料的研究进展

Co₃O₄作为超级电容器材料，因具有理论比容量高、价格成本低、无毒环保、储量丰富等优点而备受关注，但制备出电化学性能优异的Co₃O₄超级电容器材料仍是个巨大的挑战。通过与导电性突出的碳材料复合，增加了电子/离子的传输速度，提高了Co₃O₄超级电容器材料电化学性能。综述了Co₃O₄/碳复合超级电容器材料的合成方法，归纳了各个方法的优缺点，分析了影响Co₃O₄/碳复合超级电容器电化学性能的因素，最后，指出了Co₃O₄/碳复合超级电极材料所面临的问题和发展前景。     

Co3O4与膨胀石墨自组装的多面体复合物作为锂离子电池阳极材料

作为锂离子电池的负极材料，Co₃O₄因其具有890 mA·h/g的高理论比容量而备受关注。本文通过简单的化学溶液法和热处理制备了Co₃O₄与膨胀石墨(EG)自组装的多面体复合材料(Co₃O₄-EG)。当用作锂离子电池的负极材料时，EG与Co₃O₄质量比为1∶3的Co₃O₄-EG复合材料电极在0.1 C的电流倍率下经过400次循环后的可逆容量仍高达418 mA·h/g，高于其他Co₃O₄-EG复合材料(质量比1∶4循环190圈后容量为273 mA·h/g，质量比1∶5循环135圈后的容量为329 mA·h/g)，且所有Co₃O₄-EG复合材料的放电容量均高于纯Co₃O₄(400圈循环后容量为40 mA·h/g)。Co₃O...     

Ni/Co3O4花状电极材料的合成及其电化学性能与第一性原理研究

通过水热法制备了一种单质镍掺杂Co₃O₄(Ni/Co₃O₄)的粉末，用伏安特性循环法研究了其电化学性能，同时根据第一性原理从原子尺度和电子结构的角度探究了Ni和Co₃O₄的掺杂机理。首先合成Ni/Co₃O₄粉末；其次对合成的材料结构及性能进行XRD和SEM表征分析，研究不同钴源及同一钴源不同钴镍比对制备的镍Ni/Co₃O₄形貌的影响；最后在不同缺陷和不同掺杂的影响下，建立准确的材料性能预测模型，揭示了修饰电极掺杂改性的微观机理。结果表明，不同钴源均制备出了花状形貌的Ni/Co₃O₄复合材料，电化学性能测试得到其比电容为670F/g;第一性原理计算所得掺杂机理，揭示了电化学修饰的Ni/Co₃O₄复合电极较大提高了材料的导电性能。     

四氧化三钴及掺杂材料电催化性能的研究进展

综述了Co₃O₄及掺杂材料的性质、结构和电催化性能。Co₃O₄中的钴离子是Co²⁺和Co³⁺的混合价。由于Co₃O₄具有独特的尖晶石晶体结构，有利于Co²⁺和Co³⁺离子之间的电子传导，具有空电子轨道且易实现晶格氧化可作为氧还原反应(ORR)催化剂。综述了Co₃O₄的电催化性能的影响因素主要由其表面积和电子态决定，表面积通过调整纳米结构的大小和形貌来调节，电子态可以通过掺入第三种元素或氧空位来调控。综述了Co₃O₄掺杂不同材料后均表现出优异的催化性能与良好甲醇耐受性。Co₃O₄与Pd掺杂可以提高金属Pd在载体表面的分散性，降低金属颗粒团聚；Co₃O₄与P的组合使催化剂的内在活性增强；Co_...     

Co3O4纳米线阵列@活性炭纤维复合材料的水热合成及电化学应用

以Co(NO₃)₂·6H₂O为钴源, NH₄F和尿素作为添加剂, 通过水热法在粘胶基活性炭纤维(ACF)的表面生长了Co₃O₄纳米线, 制备了Co₃O₄@ACF复合材料并进行了结构形貌表征及电化学性能测试。结果表明: 针状的Co₃O₄纳米线阵列均匀地垂直生长在活性炭纤维表面, 形成了丰富的介孔结构。通过改变Co(NO₃)₂·6H₂O的用量, 可以获得不同负载量的Co₃O₄@ACF复合材料。当Co₃O₄负载量为47wt%时, Co₃O₄@ACF复合材料在1 A/g电流密度下的比电容高达566.9 F/g, 几乎是纯Co₃O₄的2倍; 在15 A/g的电流密度下, 其比电容仍可达到393.3 F/g, 表现了较好的倍率特性; 经过5000次循环充放电后, 其比电容仍可保持84.2%, 展现了优良的循环稳定性。     

Co3O4 纳米粒子的表面改性及其对复合材料性能的影响

Co₃O₄纳米粒子填充耐高温有机硅树脂复合材料,可用来制备耐高温热流传感器表面的吸收热辐射材料。Co₃O₄粒子表面采用接枝处理的方法接枝上甲基丙烯酸丁酯来改善纳米粒子与有机树脂的界面性能和防止粒子间的相互团聚。采用红外分析和热失重分析的方法研究了接枝状态和接枝率。Co₃O₄纳米粒子的表面处理对复合材料界面性能、吸热性能和耐热性能的影响通过透射电镜(TEM)、热流传感器的校正试验、热失重分析(TGA)和热失重的微分曲线(DTG)进行了研究。结果发现,Co₃O₄粒子的表面处理提高了其在有机硅树脂中的分散性能,同时提高热流传感器的热流灵敏度。未改性纳米Co₃O₄粒子的加入降低硅树脂的耐热性;经表面改性的Co₃O₄粒子的加入,提高硅树脂的耐热性。      

纳米颗粒磁增强SBA-15介孔复合材料的制备及磁性能

利用浸渍法合成了Co₃O₄/SBA-15和CoFe₂O₄/SBA-15介孔纳米磁性材料, 并利用X射线粉末衍射(XRD)、 透射电子显微镜(TEM)、 场发射扫描电子显微镜(FESEM)及振动样品磁强计(VSM)对样品的微观结构和磁性能进行了分析。结果显示, Co₃O₄及CoFe₂O₄纳米颗粒分布在SBA-15介孔材料的孔道中, 可有效提高SBA-15介孔材料的磁性能。研究发现, SBA-15介孔纳米磁性材料的磁特性由掺杂的纳米磁性颗粒的性质决定, 其磁性能随Co₃O₄及CoFe₂O₄含量的增加而升高, 矫顽力可达400Oe, 饱和磁化强度达9emu/g。      

四氧化三钴/碳纳米管薄膜的水热合成及其储锂性能

以5-磺基水杨酸和戊二酸为螯合和氧化试剂,在水热条件下将硫酸钴氧化成纳米级Co₃O₄。以碳纳米管薄膜为载体将Co₃O₄颗粒紧密地附着在碳纳米管上使其填充入碳纳米管薄膜的空隙生成Co₃O₄/碳纳米管复合材料薄膜(Co₃O₄@CNTs),并研究其储锂性能。电化学测试结果表明,Co₃O₄@CNTs薄膜具有较高的放电比容量和优异的倍率性能,在0.2C倍率下初始放电比容量高达1712.5 mAh·g^-1,100圈循环后放电比容量为1128.9 mAh·g^-1的;在1C倍率下100圈循环后放电比容量仍然保持527.8 mAh·g^-1。Co₃O₄@CNTs薄膜优异的性能源于Co₃O₄与CNTs的协同作用。高分散性的Co₃O₄增大了活性材料与电解液之间的接触面积,CNTs有助于形成良好的导电网络提高电子电导率,进而提高了Co₃O₄负极材料的循环性能和倍率性能。     

多孔Co3O4纳米纤维用于锂-空气电池高性能正极催化剂

采用静电纺丝技术结合高温煅烧方法,以乙酰丙酮钴(Co(C₅H₇O₂)₃)为前驱物,制备了由Co₃O₄纳米颗粒组成的多孔纳米纤维(Co₃O₄ NFs),其比表面积高达83 m2·g?1,并将制得的多孔Co₃O₄ NFs用于锂-空气电池催化剂。多孔Co₃O₄ NFs为电池反应提供了充足的活性位点及反应物的传输通道,有利于电池反应的顺利进行,使电池的放电容量得到极大地提高。另外,Co₃O₄催化剂的加入提高了电极的催化活性,较大程度降低了电池的过电位。值得注意的是,Co₃O₄催化剂的加入同时调控了锂-空气电池放电产物Li₂O₂的形貌,得到的放电产物Li₂O₂尺寸更小,在电极表面分布更为均匀,该形态的Li₂O₂在充电过程中更容易被分解,有利于提高电池的充电效率,同时电极的体积效应也可得到极大缓解。得益于以上优势,基于多孔Co₃O₄ NFs/炭黑Super P (Co₃O₄ NFs/SP)正极的锂-空气电池的电化学性能得到较大提高,50 mA·g?1电流密度下Co₃O₄ NFs/SP的放电容量高达10600 mA·h·g?1,电池可实现100次的充放电循环。      

酵母菌模板辅助合成Co3O4空心微球催化NaBH4水解制氢

预先在酵母菌模板表面沉积Co(OH)₃, 经高温煅烧后成功制得Co₃O₄空心微球, 并作为前驱体催化NaBH₄水解制氢。通过场发射扫描电镜(FE-SEM)和X射线衍射(XRD)进行样品的微观形貌和物相分析。研究结果表明, 当反应液中NaBH₄含量为10wt%时, 模板法制备的Co₃O₄空心微球催化产氢速率高达2140 mL/(min•g) (25℃), 约是同等条件下无模板制备Co₃O₄活性的9倍, 且所制备的Co₃O₄空心微球长期储存性能良好。     

EDTA辅助合成Co3O4纳米材料及其气敏性能

以有机化合物作为助剂合成纳米材料, 可调控材料的形貌和结构, 进而影响材料的催化和电化学性能。以乙二胺四乙酸二钠盐(EDTA-2Na)为助剂, 乙酸钴为钴源, 利用水热法合成Co₃O₄纳米材料, 测定材料的结构和气敏性能, 研究其结构与气敏性能的关系, 并探讨EDTA-2Na在材料合成中的作用机制。结果表明, Co²⁺与EDTA^2-形成的配合物调控Co₃O₄晶核的生长方向, 形成了边长约为50 nm的六边形介孔纳米片。在205 ℃下, 利用该材料构筑的气敏传感器对100×10^-6甲苯响应值约为104, 在225 ℃下对100×10^-6丙酮的响应值约为70。该传感器对甲苯和丙酮等挥发性有机化合物(VOCs)的高响应性能是由于EDTA-2Na辅助合成的Co₃O₄表面存在的大量缺陷, 提高了吸附氧含量。另外, 介孔结构和较大的比表面积有利于VOCs的吸附、表面反应和扩散。本研究提供了一种添加EDTA-2Na辅助合成Co₃O₄纳米材料并获得高响应VOCs气体传感器的有效方法。     

新型Co3O4和WC共沉积β-PbO2电极用于锌电解沉积及电化学性能研究

采用复合电沉积技术在Pb-0.3wt%Ag/α-PbO₂基体上合成了WC和Co₃O₄颗粒共沉积的β-PbO₂复合沉积层。沉积行为研究发现,WC颗粒先于Co₃O₄颗粒吸附于基体上,将WC颗粒与Co₃O₄颗粒共沉积是一种抑制当Co₃O₄颗粒单独共沉积于β-PbO₂沉积层时发生团聚情况的有效方法。电极性能研究发现,WC或Co₃O₄颗粒的共沉积均会提高复合阳极的析氧电催化活性,此外,WC颗粒还有助于提高复合阳极的显微硬度和在Zn电解沉积溶液中的耐腐蚀性能。Co₃O₄颗粒的共沉积不利于β-PbO₂相的生长,WC颗粒的共沉积对β-PbO₂相的生长影响不大,两种颗粒同时共沉积有助于抑制酸性镀液中α-PbO₂相的生长。      

Study on mechanism of low-temperature oxidation of n-hexanal catalysed by 2D ultrathin Co3O4 nanosheets

Achieving high catalytic performance with lower possible cost and higher energetic efficiency is critical for catalytic oxidation of volatile organic compounds(VOCs).However,traditional thermocatalysts generally undergo low catalytic activity and fewer active sites.Herein,this paper synthesizes nearly all-surface-atomic,ultrathin two-dimensional(2D)Co₃O₄ nanosheets to address these problems through offering a numerous active sites and high electron mobility.The 2D Co₃O₄ nanosheets(1.70 nm)exhibit catalyzation to the total oxidation of n-hexanal at the lower temperature of r90%=202℃,and at the space velocity of 5.0×10⁴ h^-1.It is over 1.2 and 6 times higher catalytic activity than that of 2D CoO nanosheets(1.71 nm)and bulk Co₃O₄ counterpart,respectively.Transient absorption spectroscopy analysis shows that the oxygen vacancy defect traps electrons,thereby preventing the recombination with holes,increasing the lifetime of electrons,and making electron-holes reach a nondynamic equilibrium.The longer the electron lifetime is,the easier the oxygen vacancy defects capture electrons.Furthermore,the defects combine with oxygen to form active oxygen components.Compared with the lattice oxygen involved in the reaction of bulk Co₃O₄,the nanosheets change the catalytic reaction path,which effectively reduces the activation energy barrier from 34.07 to 27.15 kJ/mol.The changed surface disorder,the numerous coordinatively-unsaturated Co atoms and the high ratio of O_ads/O_lat on the surface of 2D Co₃O₄ nanosheets are responsible for the catalytic performance.     

Zn2+诱导棱柱状四氧化三钴的制备及在葡萄糖传感器中的应用

以硝酸钴、硝酸锌、尿素、氟化铵为原料,泡沫镍为基体,在水热法的基础上,利用两性金属的特点,通过引入Zn²⁺离子,并结合碱洗过程,在泡沫镍基体表面合成了高纯度独特的棱柱状Co₃O₄纳米团簇纤维。制备的Co₃O₄/Ni电极的形貌及成分通过扫描电子显微镜与X射线衍射进行了表征,电极的电化学性能利用循环伏安法与计时电流法测试,测试均在1mol/L KOH溶液中进行。结果表明:利用Zn²⁺诱导在泡沫镍表面制备的Co₃O₄呈现一种棱柱状纳米团簇纤维结构。这种结构的Co₃O₄纳米材料具有高的比表面积,在对葡萄糖检测过程中表现出优越的电化学性能,当其作为电极,表现出检测灵敏度高[23430μA/(mmol/L·cm²)],检出限低(1.547μmol/L)和线性检测范围宽(0~2.75mmol/L)的特点。抗干扰实验在+0.5Vvs.SCE进行,结果显示制备的Co₃O₄/Ni电极对葡萄糖具有优异的选择性。因此可应用于无酶葡萄糖传感器的电极材料来改善现有无酶葡萄糖传感器材料响应范围小,灵敏度低等问题。     

调节Co3O4的价电子结构提高硝酸根还原制氨的催化活性(英文)

通过硝酸根电化学还原反应将NO₃^-转化为NH₃是一种有前景的制氨和“绿氢”储存方案.Co₃O₄对于硝酸根还原析氨反应表现出较高的析氨法拉第效率和稳定性,有望成为理想的催化剂.然而,在Co₃O₄上发生硝酸根还原反应仍需较高的过电位,从而阻碍了能量转换效率的提升.本文中,我们合成了Cu掺杂Co₃O₄多孔空心纳米球用作硝酸根还原析氨催化剂.Cu掺杂在保障析氨法拉第效率和稳定性的前提下大幅降低了反应所需的过电位,有效提高了析氨速率.实验和理论分析均表明,Cu掺杂使Co₃O₄的最高占据态能量上移,缩小了Co₃O₄的最高占据态与NO₃^-的最低未占据分子轨道之间的能垒,从而降低了电子从Co₃O₄向NO₃     

石墨烯装载不同含量钴锌铁氧体及其电磁行为对比

以天然鳞片石墨为原料制备氧化石墨(GO), 应用水热法制备钴锌铁氧体(Co_0.5Zn_0.5Fe₂O₄), 并将两者制备成石墨烯(rGO)/Co_0.5Zn_0.5Fe₂O₄复合材料。采用X射线衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman)、红外光谱(FT-IR)研究rGO/Co_0.5Zn_0.5Fe₂O₄的结构; 应用透射电子显微镜(TEM)和矢量网络分析仪(VNA)研究不同复合比例对rGO/Co_0.5Zn_0.5Fe₂O₄复合材料形貌、电磁损耗特性、德拜弛豫模型及电磁响应行为的影响。结果表明: 复合反应后的GO在XRD图谱中主衍射峰由2θ=9.74°变化为2θ=24.15°, 且红外光谱图中显示含氧官能团消失, 均说明GO成功还原为rGO。透射电子显微镜图中可以看到Co_0.5Zn_0.5Fe₂O₄嵌布在rGO上。复合反应过程中, 当钴锌铁氧体的含量增大, 分散性逐渐减弱。Co_0.5Zn_0.5Fe₂O₄与GO质量比为2 : 1时制备的rGO/Co_0.5Zn_0.5Fe₂O₄复合材料的吸波性能最佳, 在15.11 GHz处反射率达到最小值-36.89 dB, 有效吸波频带宽为3.74。     

Co3O4中钴空位的精确构筑来促进羟基氧化物的形成加速水氧化反应(英文)

缺陷位点的引入可以通过增加对反应中间体的亲和力来提高催化剂的催化能力.纳米材料中存在多种缺陷类型,如阳离子缺陷和阴离子缺陷.不同的缺陷位点对电催化性能的贡献不同.因此,构筑缺陷必须精准、明确,以便于确定最优的缺陷类型,促进电化学反应.在这项工作中,我们以钴空位为例,分别成功合成了二价钴空位(Co3O 4-VCo(II))和三价钴空位(Co₃O₄-VCo(III))的Co₃O₄.电化学结果表明,钴空位的引入可以显著提高Co₃O₄的电催化性能. Co₃O₄-VCo(II)表现出最突出的析氧反应(OER)性能,反应动力学速率最快. X射线光电子能谱分析表明,在OER过程中, VCo(II)的存在可以使CoOOH活性位点快速形成.密度泛函理论计算表明,钴空位的引入使Co₃O₄拥有类似金属的导电性. VCo(II)的存在使得O p带中心靠近费米能级,自由能势垒降低,电催化剂表面氧...     

四氧化三钴阵列材料的制备及电化学性质研究

以酸化后的高导电柔性碳布为基底,通过电化学沉积及辅助热处理技术在碳布表面均匀地生长了规整排列的四氧化三钴(Co₃O₄)纳米片材料,纳米片厚度约为15nm,片层之间相互交织,形成三维网络多孔结构。这种独特的结构不仅增加了Co₃O₄纳米材料的有效利用率,而且缩短了电解质离子的传输通道,加速了其倍率性能。期待该材料成为组装高性能柔性电容器器件的备选电极材料。     

M3O4(M=FeCoCrMnMg)高熵氧化物粉体的简易制备及超电容性能研究

高熵氧化物以其独特的结构和潜在的应用前景引起了越来越多的关注。本工作采用简单易行的固相反应法制备了M₃O₄(M=FeCoCrMnMg)高熵氧化物粉体, 采用不同手段对粉体进行表征, 并采用涂覆法制备了 M₃O₄/泡沫镍(M₃O₄/NF)复合电极, 研究其超电容性能。结果表明, 随着煅烧温度升高, Fe₂O₃(H)/Co₃O₄(S)/Cr₂O₃(E)和Mn₂O₃(B)相继固溶进入尖晶石主晶相晶格; 在900 ℃煅烧2 h所得M₃O₄粉体的平均粒径为0.69 μm, 具有单一尖晶石结构(面心立方, Fd-3m, a=0.8376 nm), 且Fe、Co、Cr、Mn和Mg五种元素在晶粒内均匀分布, 呈典型的高熵氧化物特征。此外, M₃O₄/NF复合电极在1 mol/L KOH的电解液中, 当电流密度为1 A·g^-1时, 其质量比电容达到193.7 F·g^-1, 可见M₃O₄高熵氧化物在超级电容器电极材料领域具有良好的应用前景。     

掺杂Mg对纳米CoFe2O4/SiO2复合薄膜结构和磁性的影响

采用溶胶-凝胶旋涂法制备了纳米Co_1-xMg _xFe₂O₄/SiO₂(x = 0, 0.2, 0.4, 0.6, 0.8) 复合薄膜。利用XRD、SEM、原子力显微镜、振动样品磁强计对薄膜的结构、形貌和磁性进行了分析, 研究了Mg²⁺含量对样品结构和磁性的影响。结果表明, 样品中Co_1-xMg _xFe₂O₄具有尖晶石结构, 晶粒尺寸在38~46 nm之间。随着Mg²⁺含量的增加, Co_1-xMg _xFe₂O₄的晶格常数减小, 样品的饱和磁化强度减小, 矫顽力先增大后减小。样品Co_0.4Mg_0.6Fe₂O₄/SiO₂垂直和平行膜面的矫顽力分别为350.7 kA·m^-1和279.4 kA·m^-1, 剩磁比分别为67.2%和53.9%, Co_1-xMg _xFe₂O₄/SiO₂复合薄膜具有较明显的垂直磁各向异性。