钴氧化物的电化学制备及超级电容性能研究

本文采用便捷绿色的电化学交流电法以金属钴为前驱体合成了Co(OH)_(0.225)(SO_4)_(0.925)/Co_3O_4复合物。扫描电子显微镜及透射电子显微镜表征说明其形貌为纳米颗粒,XRD表征说明其物相为正交Co(OH)_(0.225)(SO_4)_(0.925)和立方Co_3O_4的混合物。该材料应用于超级电容器具有较好的电化学性能。     

氢气还原Co_3O_4制备纳米Co及其乳酸乙酯加氢反应的研究

Co纳米材料是乳酸乙酯加氢制备1,2-丙二醇的重要催化剂。合成了不同形貌的Co_3O_4纳米材料,利用氢气热还原的方法制备了不同形貌的Co纳米粒子。TEM结果表明低温下还原不同形貌的Co_3O_4制备得到的Co纳米材料形貌保持不变;TPR结果表明颗粒状的纳米Co_3O_4比棒状的更易在低温下还原得到纳米Co。通过对乳酸乙酯加氢反应的测试表明,低温还原制备的Co纳米颗粒比纳米棒具有更高的加氢活性。此外,考察了Co_3O_4的还原温度对纳米Co颗粒中金属晶型的影响,XRD和TEM结果表明低温还原得到的Co纳米颗粒中先出现hcp晶型的金属Co,随着还原温度的升高,hcp晶型金属Co逐渐向fcc晶型转变。乳酸乙酯加氢反应结果表明,随着还原温度的增加,Co纳米颗粒的乳酸乙酯加氢转化率先增加后减小,在300℃时达到最大值71%,即低温下还原得到的hcp晶型有利于乳酸乙酯加氢,而高温下生成的fcc晶型不利于乳酸乙酯加氢,此外,高温下催化剂颗粒的聚集也可能造成乳酸乙酯加氢活性降低。     

加热时间对Co_3O_4颗粒光催化性能的影响

以Co(NO_3)_2·6H_2O和CO(NH_2)_2为原料,十六烷基三甲基溴化铵为活性剂,采用水热-热分解法在不同加热时间(2 h、3 h、4 h、5 h)条件下制备纯相尖晶石结构的Co_3O_4颗粒。利用X射线衍射和电子扫描电镜研究Co_3O_4颗粒的结构和形貌,并以甲基橙为模拟废水,研究加热时间对Co_3O_4颗粒光催化性能的影响。结果表明,加热时间对Co_3O_4颗粒形貌影响很大,并直接影响其光催化性能。加热时间5 h制备的Co_3O_4结构疏松多孔,光催化性能最好,光照20 min,甲基橙降解率达95%。     

沉淀剂对Co_3O_4光催化性能的影响

分别以CO(NH_2)_2、Na_2C_2O_4、Na_2CO_3和(NH_4)_2CO_3为沉淀剂,采用水热-热分解法制备黑色Co_3O_4颗粒。通过XRD、SEM对样品的结构和形貌进行了分析。结果表明,选用CO(NH_2)_2、Na_2C_2O_4、Na_2CO_3和(NH_4)_2CO_3为沉淀剂所制备的Co_3O_4分别呈片层堆叠状、棒状、薄的纳米片状和具有二级结构的绣球状。通过降解甲基橙溶液研究了沉淀剂对Co_3O_4光催化性能的影响,结果发现,以CO(NH_2)_2、Na_2C_2O_4、Na_2CO_3和(NH_4)_2CO_3为沉淀剂所制备的Co_3O_4对甲基橙溶液的降解率分别达到48%、92%、95%和97%,以(NH_4)_2CO_3为沉淀剂所制备的Co_3O_4由于具有二级结构的绣球状结构,与溶液的接触面积大,有利于对光的吸收和利用,对甲基橙的催化降解效果最好,在30 min降解率可达90%。     

逆уCeO2/CuχCo1-χOδ催化剂的制备 及其CO催化氧化性能

以Cu(NO_3)_2·3H_2O、Co(NO_3)_2·6H_2O、Ce(NO_3)_3·6H_2O和(NH_4)_2CO_3为原料,采用共沉淀法-浸渍法结合的制备方式,制得逆负载型уCe O_2/Cu_χCo_(1–χ)O_δ催化剂(у=0、5%、15%、25%;χ=0～1.0;δ=1.0～1.4)。通过XRD、BET、H_2-TPR、XPS考察了Cu O和Co_3O_4质量比[m(Cu O)∶m(Co_3O_4)]、表面Ce O_2负载量(у)(以Cu_χCo_(1–χ)O_δ质量为基准,下同)对逆负载уCe O_2/Cu_χCo_(1–χ)O_δ催化剂催化氧化CO性能的影响。结果表明,15%Ce O_2/Cu_(0.2)Co_(0.8)O_δ[m(Cu O)∶m(Co_3O_4)=0.2∶0.8]催化剂催化性能最佳。常压下,当反应温度为75℃时,CO转化率可达100%。由于15%Ce O_2/Cu_(0.2)Co_(0.8)O_δ比表面积较大,两相界面较多,进而使得Ce O_2与Cu—O—Co固溶体相互作用较强,表面存在较多的氧空穴、Cu~+和Co~(3+),催化剂还原温度较低,催化活性较好。     

Ca_2Co_2O_5氧化物热电陶瓷材料的制备研究

本文通过溶胶-凝胶法和固相合成法两种方法研究Ca_2Co_2O_5氧化物热电陶瓷材料的制备过程。湿法制备前驱体粉,以Ca(NO_3)_2·4H_2O和Co(NO3_)_2·6H_2O为原料,纯净水为溶剂,柠檬酸为络合剂。采用溶胶-凝胶法制备Ca_2Co_2O_5粉末,以Ca O和Co3O4为原料,采用固相合成法制备Ca_2Co_2O_5粉末,采用常压烧结的方法,在1000℃、950℃、900℃三种温度下进行烧结,并利用TG-DSC、XRD、SEM等手段对Ca_2Co_2O_5的热分解过程,物相组成和形貌进行表征。结果表明:干粉800℃热处理,湿法950℃烧结时,块体呈现致密的片层结构,相组成成分纯度高~([1~3])。     

酶功能化Co_3O_4-Pt纳米复合材料修饰电极的制备及电化学性能

基于水热法合成了形貌均一的纳米Co_3O_4,利用其强催化性能将其连同纳米Pt和辣根过氧化物酶(HRP)层层修饰于金电极表面,最终构建出对H_2O_2具有三重催化作用的新型纳米复合材料Co_3O_4-Pt-HRP修饰电极,并将其应用于对H_2O_2的浓度检测。实验结果发现,纳米Co_3O_4与纳米Pt的催化作用相互协同,并且纳米Pt较大的比表面积和优良的生物相容性增加了后续辣根过氧化物酶的负载量与生物催化活性,从而提高了传感器的灵敏度。在优化条件下,对H_2O_2浓度的检测范围为2.0μmol/L~7.1 mmol/L,检出限为0.9μmol/L。此外,该传感器还表现出较高的选择性、稳定性和灵敏度。     

ZnAl_2O_4尖晶石负载纳米Pt多面体脱氢催化剂的制备及性能研究

通过化学还原法制备出形貌规则、大小均匀的Pt纳米多面体作为催化剂的活性组分,并将其负载于Zn Al_2O_4尖晶石多孔性载体上,制备出形貌均匀、分散性较好的新型纳米Pt多面体/Zn Al_2O_4催化剂。通过XRD、SEM、TEM等对催化剂的物理结构及形貌进行表征,并用固定床微型反应器进行脱氢评价。结果表明,新型Pt晶/Zn Al_2O_4催化剂活性较好,选择性高达97%。相比传统法制备的Pt/Zn Al_2O_4催化剂,初始转化率提高了17.6%,反应160 min后的收率提高了5%,说明纳米Pt多面体具有更好的催化脱氢性能,有潜在的应用价值。     

Au/La_2O_3+Co_3O_4催化剂制备及其对CO催化氧化性能和稳定性的研究

为了能够得到高催化活性、高热稳定性的Au催化剂,本文选择了混合氧化物La_2O_3+Co_3O_4为载体,制备了两种Au/La_2O_3+Co_3O_4催化剂,并考察了此催化剂对CO氧化反应的催化活性及稳定性。实验结果表明:Au/La_2O_3+Co_3O_4催化剂活性好于250℃焙烧的Au/La_2O_3+Co_3O_4(C)催化剂,Au/La_2O_3+Co_3O_4(C)催化剂稳定性好于Au/La_2O_3+Co_3O_4催化剂。     

纳米花瓣状Co_3O_4/NiO的制备及其光催化性能研究

以氯化钴、氯化镍和六次亚甲基四胺为原料,通过水热反应合成Co_3O_4/NiO前驱体材料,经过煅烧得到Co_3O_4/NiO样品。研究不同煅烧温度对样品形貌的影响,并采用X射线衍射仪(XRD)和场发射扫描电子显微镜(FESEM)检测样品的结构和形貌,结果表明:在400℃煅烧后,得到纳米花瓣状结构Co_3O_4/NiO,花瓣厚度为50nm,表面有多孔结构。对比纳米花瓣状Co_3O_4/NiO、Co_3O_4、NiO和无催化剂条件下对吡啰红B(PB)的紫外光降解效率,纳米花瓣状Co_3O_4/NiO表现了最好的光催化活性,在180 min后对PB的降解率达95%。     

沉淀方式对沉淀法制备Co_3O_4催化N_2O直接分解性能的影响

以Co(NO_3)_2·6H_2O为钴源,K_2CO_3为沉淀剂,采用沉淀法制备Co_3O_4催化剂,用于催化N_2O直接分解反应。利用N_2~-物理吸附、XRD、FT-IR、TEM、TPR和ICP等对其进行表征,考察沉淀方式对Co_3O_4催化剂结构及其催化性能的影响。结果表明,沉淀方式对制备的Co_3O_4催化剂织构性质、物相组成和晶粒尺寸等影响不大,但显著影响其K残留量和还原性能,进而决定催化剂直接催化分解N_2O的催化性能。反加法制得的催化剂中K残留量为1.43%,明显高于正加法,同时催化剂中Co~(3+)较正加法更易还原,因而表现出更高的催化性能。在空速10 000 h~(-1)和N_2O体积分数0.1%的条件下,反加法制备的催化剂可在280℃催化N_2O完全分解,较正加法低20℃。     

Co_3O_4/CeO_2复合氧化物的制备及染料废水处理性能

以CeO_2为载体,用浸渍-焙烧法制备Co_3O_4/CeO_2复合材料催化剂,通过XRD、XPS、TG-DTA方法对复合材料进行表征,并研究了催化剂中最佳钴铈摩尔比、H_2O_2用量及溶液初始pH等因素对孔雀石绿模拟染料废水脱色率的影响。结果显示,Co_3O_4掺杂对CeO_2基体结构没有产生影响,Co_3O_4/CeO_2复合材料仍具有载体CeO_2的立方萤石结构;在复合材料催化剂中形成了结晶程度较弱Co_3O_4晶体,均匀地分散在CeO_2基体上。实验结果显示,Co_3O_4/CeO_2复合材料催化剂对初始浓度为15 mg/L的孔雀石绿模拟染料废水具有良好的吸附和光催化性能。最佳实验条件为:n(Co)∶n(Ce)=1,催化剂用量为1.0 g/L,H_2O_2用量为150 mmol/L,溶液的初始pH=7,120 min后溶液中孔雀石绿的脱色率达到99.58%。     

Co_3O_4/CeO_2复合氧化物的制备及染料废水处理性能

以CeO_2为载体,用浸渍-焙烧法制备Co_3O_4/CeO_2复合材料催化剂,通过XRD、XPS、TG-DTA方法对复合材料进行表征,并研究了催化剂中最佳钴铈摩尔比、H_2O_2用量及溶液初始pH等因素对孔雀石绿模拟染料废水脱色率的影响。结果显示,Co_3O_4掺杂对CeO_2基体结构没有产生影响,Co_3O_4/CeO_2复合材料仍具有载体CeO_2的立方萤石结构;在复合材料催化剂中形成了结晶程度较弱Co_3O_4晶体,均匀地分散在CeO_2基体上。实验结果显示,Co_3O_4/CeO_2复合材料催化剂对初始浓度为15 mg/L的孔雀石绿模拟染料废水具有良好的吸附和光催化性能。最佳实验条件为:n(Co)∶n(Ce)=1,催化剂用量为1.0 g/L,H_2O_2用量为150 mmol/L,溶液的初始pH=7,120 min后溶液中孔雀石绿的脱色率达到99.58%。     

晶化温度对Co_3O_4催化分解N_2O的性能影响

以乙酸钴为钴源,采用溶剂辅助水热法制备Co_3O_4复合金属氧化物。利用XRD、SEM、BET、H2-TPR、XPS、N_2OTPSR和O2-N_2O-TPSR等对催化剂的理化性质进行表征,在固定床微型反应器中评价催化剂催化分解N_2O活性,考察了晶化温度对催化剂催化分解N_2O活性的影响。结果表明,溶剂辅助水热法制备的Co_3O_4催化剂具有尖晶石结构,晶化温度影响催化剂形貌、氧化还原性能和催化分解N_2O活性。N_2O-TPSR和O2-N_2O-TPSR测试结果表明,表面吸附氧在Co_3O_4催化分解N_2O中起重要作用。其中,晶化温度为160℃制备的Co_3O_4催化剂氧化还原性能好,催化分解温度低,在反应气体组成(体积分数)为0.68%N_2O、0.88%O2、Ar为平衡气的(流量为80 mL/min)条件下,T10和T95分别为266℃和410℃。     

柠檬酸络合法制备Ca_3Co_2O_6及其透氧性能研究

Ca_3Co_2O_6是一种常用的热电材料,但是其透氧性能则少有人关注。以Ca(NO_3)_2·4H_2O和Co(NO_3)_2·6H_2O为原料,采用柠檬酸络合法制备了纯相Ca_3Co_2O_6材料,系统分析了煅烧温度和保温时间对合成Ca_3Co_2O_6的影响。样品烧结致密化后,通过四端引线法和气相色谱装置分别考察了它的电导率和透氧率。实验结果表明,热处理温度为900℃,保温2 h可以获得纯相的Ca_3Co_2O_6粉体,粉体的形貌为蠕虫状。提高热处理温度和延长保温时间,样品的结晶度随之提高,晶粒尺寸也随之长大。样品经烧结后获得致密膜片,950℃时电导率可达11.95 S·m~(-1)。Ca_3Co_2O_6具有一定氧渗透能力,950℃时透氧率为7.36×10~(-8) mol·cm~(-2)·s~(-1),有望作为一种新型的混合导体用于纯氧的制备。     

介孔Co_3O_4/Al_2O_3催化氧化甲醛的性能研究

采用溶胶-凝胶法制备了介孔Al_2O_3载体,采用浸渍法制备了系列介孔Co_3O_4/Al_2O_3催化剂,考察了活性组分Co_3O_4的质量百分含量(2%、8%、16%和32%)对催化氧化甲醛性能的影响。研究表明,当Co_3O_4的质量百分含量为16%时,介孔催化剂16%Co_3O_4/Al_2O_3对甲醛的完全氧化反应具有最佳的催化活性,在80℃可将甲醛完全氧化。BET和H_2-TPR表征揭示,催化剂的比表面积和孔容,促进了催化剂中Co_3O_4的高度分散;催化剂拥有低温还原能力,可以提高催化剂催化氧化甲醛的性能。     

基于Co(Ⅱ)配合物前驱体的微纳米Co_3O_4功能材料的研究进展

金属有机骨架化合物(MOFs)是由有机配体和金属节点通过自组装形成的一类具有周期性结构和较大比表面积的材料。目前,选择MOFs材料作为前驱体,经高温焙烧合成纳米金属氧化物或纳米复合金属氧化物材料是一大研究热点。综述了近年来以Co基配位聚合物为前驱体制备纳米Co_3O_4或Co_3O_4/碳纳米复合材料的方法,以及Co_3O_4纳米材料在锂离子电池负极材料、超级电容器、电催化析氧反应、气敏材料及催化剂材料等研究领域的应用,并对其今后的发展进行了展望。     

Co3O4/Fe2O3复合纳米微球高活性协同电催化析氧反应

以FeCl_3·6H_2O、CoCl_2·6H_2O、尿素和四丁基溴化铵为原料,采用简单的水热-煅烧法制备了Co_3O_4/Fe_2O_3复合催化剂,采用X-射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、N_2吸脱附技术对所制备样品进行了表征,并测试了其电催化析氧反应(OER)的活性。结果表明,和单一组分相比,复合催化剂的活性得到了极大提高,尤其是组成优化的催化剂Co_3O_4/Fe_2O_3-1.0表现出了最高的催化活性,其在1 M KOH中催化OER,当电流密度为10 mA/cm~2时的过电位(η_(10))仅为329 mV,接近贵金属催化剂RuO_2的过电位292 mV。     

二氧化硅辅助制备CuCo2O4纳米尖晶石及其催化性能

采用无定型氧化硅辅助制备了CuCo_2O_4纳米尖晶石氧化物,研究了其在对硝基苯酚催化还原中的催化活性。采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜等对Cu Co_2O_4纳米尖晶石的形成机制、晶相结构、微观相貌等进行研究。结果表明:基于有机硅前驱体获得的无定型氧化硅可以与Cu Co_2O_4尖晶石氧化物有效复合,有利于抑制Cu Co_2O_4粒子尺寸的长大,并且不会与Cu Co_2O_4发生相间反应。进而通过Na OH热碱溶液处理可以高效刻蚀Cu Co_2O_4–无定型氧化硅复合氧化物中二氧化硅,从而生成纳米尺度Cu Co_2O_4尖晶石粒子,其微观形貌与粒子尺寸与传统方法制备的Cu Co_2O_4明显不同,具有更高的孔隙率和更小的晶粒尺寸。相对于传统方法制备的Cu Co_2O_4尖晶石材料,以无定型氧化硅辅助制备的Cu Co_2O_4纳米尖晶石具有更高的催化活性与稳定性。     

纳米Fe_3O_4@Te@Pd核壳催化剂的制备及催化合成烯基膦酸酯性能研究

采用水热法制备了铁磁性核的多相纳米Fe_3O_4@Te@Pd核壳催化剂,通过扫描电镜、能谱对催化剂的微观形貌和元素组成进行表征,以合成烯基膦酸酯的反应评价催化剂的催化性能。制备的Fe_3O_4@Te@Pd核壳催化剂与均相钯催化剂(如Pd(PPh_3)_4)相比,前者重复回收利用多达8次,每次催化反应产物收率都在96.8%以上。