Co3O4及其復(fù)合材料的制備、性能表征及用于水泥基材料表面改性的研究.pdf

1、本文在不使用模板和表面活性劑的前提下，利用水熱法和隨后的煅燒過程合成一系列不同形貌的Co3O4材料，并探究不同形貌Co3O4材料的形成機(jī)理，討論其性能與微納米結(jié)構(gòu)的相互關(guān)系;合成Co3O4/石墨烯復(fù)合物，考察不同含量的石墨烯對(duì)Co3O4微觀結(jié)構(gòu)及超電容性質(zhì)的影響;為拓寬Co3O4材料的應(yīng)用范圍，制備Si2@Co3O4復(fù)合物，并用其對(duì)水泥基材料進(jìn)行表面改性，探究復(fù)合物對(duì)水泥基材料性能的影響。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴納米顆粒組成的

2、花狀Co3O4的合成及其CO催化氧化性能研究。通過水熱法和隨后的煅燒過程制備由納米顆粒組成的三維花狀Co3O4樣品。煅燒過程對(duì)控制Co3O4納米顆粒的尺寸及其催化性能起關(guān)鍵的作用:煅燒溫度越高，納米顆粒的尺寸越大，而且不均勻;而升溫速率提高，納米顆粒團(tuán)聚且尺寸減小。CO催化氧化實(shí)驗(yàn)表明煅燒溫度為400℃，升溫速率為1℃ min-1時(shí)所得樣品性能最佳，在93℃時(shí)可將CO完全催化氧化。這種優(yōu)異的催化活性首先歸因于催化劑表面分布更多Co3+和

3、吸附氧物種，同時(shí)表面Co2+減少;其次，較大的表面積為Co3+提供更多吸附位點(diǎn)。⑵陰離子輔助法合成介孔Co3O4納米結(jié)構(gòu)及超級(jí)電容器性能研究?？煽睾铣筛鞣N形貌的納米結(jié)構(gòu)對(duì)研究材料表面結(jié)構(gòu)與其性能的相互關(guān)系以及開發(fā)其潛在應(yīng)用具有重大意義。本部分用水熱法合成各種形貌的Co3O4前驅(qū)體，其中，前驅(qū)體的形貌、尺寸和晶相可以通過調(diào)整反應(yīng)溶液的成分來調(diào)控（例如陰離子、陽離子和水解試劑），通過改變?nèi)芤褐械年庪x子，前驅(qū)體的微觀結(jié)構(gòu)發(fā)生明顯變化，從六方納

4、米片轉(zhuǎn)變?yōu)榧{米針。煅燒之后，制備的前驅(qū)體轉(zhuǎn)變?yōu)榻榭證o3O4納米結(jié)構(gòu)，前驅(qū)體的形貌和尺寸完整的保留下來。電化學(xué)測(cè)試表明由六方納米片組裝成的三維分級(jí)花狀Co3O4表現(xiàn)出更好的性能，電流密度為0.5A g-1時(shí)比電容為327.3 F g-1，10000個(gè)循環(huán)之后比電容可保持96.07％。這種陰離子輔助合成方法可以應(yīng)用于其它過渡金屬氧化物的制備。⑶超薄Co3O4納米片/石墨烯復(fù)合材料的制備及超級(jí)電容器性能研究。有效的設(shè)計(jì)一種電極材料對(duì)超級(jí)電容

5、器的能量存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)化至關(guān)重要。本部分利用水熱法和隨后的煅燒過程在石墨烯(RGO)上原位生長(zhǎng)一種超薄的(2-3nm)、高結(jié)晶性的Co3O4納米片，在合成過程中，氧化石墨烯(GO)的存在影響Co3O4前驅(qū)體的生長(zhǎng)。性質(zhì)實(shí)驗(yàn)表明，Co3O4/RGO-2電極（GO與CoCl2.6H2O的質(zhì)量比為1∶10）表現(xiàn)出最佳的電化學(xué)性能。當(dāng)電流密度為1.25Ag-1時(shí)，比電容高達(dá)3344.1 Fg-1，在10A g-1的電流密度下歷經(jīng)6000個(gè)循環(huán)，比電容

6、量保持87.9％，這種優(yōu)異的性能歸因于超薄的、高結(jié)晶性的Co3O4納米片與RGO納米片的協(xié)同作用。這種片與片的復(fù)合結(jié)構(gòu)作為電極材料在電化學(xué)領(lǐng)域具有較好的應(yīng)用前景。⑷SiO2@Co3O4復(fù)合材料的制備及用于水泥基材料表面改性的研究。首先使用溶膠-凝膠法將SiO2顆粒包覆在已經(jīng)制備好的Co3O4樣品，并首次將合成好的SiO2@Co3O4復(fù)合材料涂覆在水泥凈漿和砂漿的表面用于表面改性研究。SiO2@Co3O4改性的水泥凈漿微觀結(jié)構(gòu)分析表明Si