复合金属氧化物纳米管及纳米颗粒的制备、表征及性能研究

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金属氧化物纳米管由于其独特的一维中空结构特征，已在很多领域表现出与众不同的物理化学性质。复合金属氧化物由至少两种金属元素组成，各金属元素间的协同效应，以及外来元素的掺杂作用，往往赋予它更优异的性能。但该类化合物由于组分复杂，晶相多为非层状结构，因此其纳米管结构的合成具有一定困难，报导较为少见。基于此，本论文主要结合多孔阳极氧化铝(AAO)模板技术，制备了复合金属氧化物(ABO3钙钛矿和AB2O4尖晶石)纳米管，通过与相应纳米颗粒作对比，开展了其在能源与环境领域的相关基础应用研究。此外，还初步探索了AB2O4的水热合成技术，得到了准方形纳米晶结构。主要内容如下： 1.La0.6Ca0.4CoO3纳米管.La0.6Ca0.4CoO3是金属-空气电池氧电极的优良电催化剂，采用AAO模板技术结合溶胶-凝胶法合成了La0.59Ca0.41CoO3纳米管，研究了反应温度、前驱体溶液浓度、以及升温速率等关键因素对纳米管形貌的影响，优化了制备参数。对该纳米管的电催化析氧性能进行了初步研究，结果表明相同条件下，纳米管比纳米颗粒能够更大程度降低氧的析出过电位，且具有更好的催化循环寿命。 2.MCo2O4(M-Ni,Cu,Zn)纳米管.该类尖晶石复合氧化物除可用作氧电极电催化剂外，近年来还出现了一些新兴研究领域，如气体传感器和锂离子电池阴极材料等。采用AAO模板结合硝酸盐混合物热分解的方法，通过优化反应参数合成了MCo2O4纳米管，并探索了其在气敏和储锂等新领域的应用可行性。实验表明，MCo2O4纳米管气敏传感器具有优异的选择性和很高的灵敏度，如300℃时在400ppm的各种考察气体中，CuCo2O4纳米管只对SO2响应明显，灵敏度高达41.65。MCo2O4纳米管用于锂电阴极材料，虽然具有较低的放电平台和较高的首次放电容量(以ZnFe2O4纳米管为例，分别为0.55V和926mAh·g-1)，但容量衰减迅速，有待于进一步提高。 3.ZnFe2O4纳米管.相比于新开发的MCo2O4尖晶石，ZnFe2O4是一种传统的气敏材料，其价格低廉且环境友好。由AAO模板结合聚乙烯醇(PVA)溶胶凝胶法制备了ZnFe2O4纳米管，探索了其“一步”成相历程，并考察了其对还原性气体的敏感性。结果表明，纳米管元件的初始响应温度和最佳工作温度分别比相应颗粒元件至少低20℃和50℃，而且纳米管元件具有更高的灵敏度和更低的检测限。对可能的机理进行了探讨。 4.准方形ZnFe2O4纳米晶.模板法制备纳米管具有价格和产量上的局限性，因此试图以廉价的ZnFe2O4为例，探索其水热合成技术。该立方相的非层状结构材料较难进行各向异性生长，在合适的条件下制备了5～15nm的准方形ZnFe2O4纳米晶。研究了未对该纳米晶与TiO2进行任何表面处理的简单混合物光催化降解罗丹明B的性能。结果表明复合光催化剂的降解效率优于纯TiO2，说明简单研磨混合的方式仍然能够显示出不同带隙半导体的能带偶合效应。

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作者
张国英;
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作者单位

南开大学;

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授予单位南开大学;
学科无机化学
授予学位博士
导师姓名陈军;
年度 2006
页码
总页数
原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类金属元素及其化合物;特种结构材料;
关键词
复合金属氧化物; 纳米管; 模板合成; 电催化剂; 气体传感器; 光催化剂; 纳米颗粒;

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