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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 新奇α-Co(OH)2納米結(jié)構(gòu)的控制制備
- 來(lái)源：
- 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”省賽作品
- 小類：
- 能源化工
- 簡(jiǎn)介：
- 本研究通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)條件的系統(tǒng)研究，發(fā)展一種形貌和尺寸可控的花狀和六角薄片α-Co(OH)2均勻沉淀制備新方法。 對(duì)開發(fā)超級(jí)電容器活性材料，實(shí)現(xiàn)具有高比電容量的電極材料的大規(guī)模應(yīng)用有重要的實(shí)際價(jià)值。 同時(shí)，對(duì)α-Co(OH)2納米結(jié)構(gòu)的形貌和尺寸的可控生長(zhǎng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)其性能的改善和調(diào)控，發(fā)展基于納米結(jié)構(gòu)的新型高效鋰離子電極材料制備技術(shù)及滿足我國(guó)在開發(fā)新的清潔高效能源方面的需求具有重要的科學(xué)意義。
- 詳細(xì)介紹：
- 本研究的目的在于發(fā)展一種形貌和尺寸可控的α-Co(OH) 2納米結(jié)構(gòu)制備新方法。以Co(OH)2納米結(jié)構(gòu)為研究對(duì)象，從設(shè)計(jì)合適的化學(xué)合成途徑出發(fā)，在反應(yīng)過(guò)程中引入無(wú)機(jī)鹽NaCl為添加劑，以烏洛托品(HMT)作為水解劑和沉淀劑，在稀的CoCl2溶液中，用均勻沉淀法控制合成了α-Co(OH) 2晶體。通過(guò)控制溫度、CoCl2的溶解方式以及加熱方式等實(shí)驗(yàn)條件，成功制備出由薄片自組裝而成的花狀納米結(jié)構(gòu)和六角納米薄片的α-Co(OH)2新奇納米結(jié)構(gòu)。利用X射線衍射儀(XRD)、掃描電子顯微鏡(SEM)、透射電子顯微鏡(TEM)和高分辨電子顯微鏡(HRTEM)研究了所制備α-Co(OH)2納米結(jié)構(gòu)的成分、形貌、尺寸和微觀結(jié)構(gòu)。本研究具有如下兩方面的意義:(1)對(duì)探索控制合成具有新奇結(jié)構(gòu)的α-Co(OH) 2的合成新方法具有科學(xué)的指導(dǎo)意義。(2)對(duì)α-Co(OH) 2納米結(jié)構(gòu)的尺寸和形貌進(jìn)行調(diào)控和宏觀可控生長(zhǎng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)其性能的改善和調(diào)控，對(duì)進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)α-Co(OH) 2納米結(jié)構(gòu)在超級(jí)電容器等領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用具有明顯的科學(xué)意義。
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作品專業(yè)信息
撰寫目的和基本思路
- 本研究通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)條件的研究，發(fā)展一種形貌和尺寸可控的花狀和六角薄片α-Co(OH)2的制備新方法。 基本思路：1.以CoCl2為鈷源，HMT為沉淀劑，以NaCl為添加劑，采用均勻沉淀法合成α-Co(OH)2。 2.采用X-射線衍射，掃描電鏡，透射電鏡和高分辨電鏡技術(shù)研究材料的成分、形貌和尺寸。 3.探討實(shí)驗(yàn)條件對(duì)α-Co(OH)2納米結(jié)構(gòu)的形狀和尺寸的影響，獲得可控制備方法，實(shí)現(xiàn)規(guī)?；铣伞?/dd>
科學(xué)性、先進(jìn)性及獨(dú)特之處
- 本研究科學(xué)性和先進(jìn)性在于，利用HMT作為水解劑和沉淀劑，以NaCl為添加劑，發(fā)展一種形貌和尺寸可控的花狀和六角薄片α-Co(OH)2均勻沉淀制備新方法。 本研究的獨(dú)特之處是實(shí)驗(yàn)操作簡(jiǎn)單，原料價(jià)格低廉，并能對(duì)α-Co(OH)2納米結(jié)構(gòu)的尺寸、形狀和成分進(jìn)行有效控制，為α-Co(OH)2的進(jìn)一步實(shí)用化研究提供豐富優(yōu)異的實(shí)驗(yàn)材料，對(duì)進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)α-Co(OH)2在超級(jí)電容器等領(lǐng)域的應(yīng)用具有重要科學(xué)意義。
應(yīng)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義
- 本研究圍繞α-Co(OH)2納米結(jié)構(gòu)的尺寸、形狀的有效控制這一科學(xué)問(wèn)題，采用均勻沉淀法實(shí)現(xiàn)了形狀和尺寸可控的α-Co(OH)2納米結(jié)構(gòu)的規(guī)?；苽洌瑢?duì)開發(fā)超級(jí)電容器活性材料有重要的實(shí)際價(jià)值。 同時(shí)對(duì)α-Co(OH)2納米結(jié)構(gòu)的形貌和尺寸的可控生長(zhǎng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)其性能的改善和調(diào)控，發(fā)展新型高效鋰離子電極材料制備技術(shù)及滿足我國(guó)在開發(fā)新的清潔高效能源方面的需求具有重要的科學(xué)意義和現(xiàn)實(shí)意義。
學(xué)術(shù)論文摘要
- 及其化合物Co(OH)2是制造MH-Ni、鋰離子電池等充電電池的幾種關(guān)鍵材料之一，作為電池添加劑，能顯著提高電池的充放電性能。同時(shí),也因其獨(dú)特的空間納米結(jié)構(gòu)而具有良好的氧化還原反應(yīng)活性，再加上其資源豐富等特點(diǎn)成為較理想的超級(jí)電容器活性材料。 本研究目的在于發(fā)展一種形貌和尺寸可控的α-Co(OH)2納米結(jié)構(gòu)制備新方法。我們以Co(OH)2納米結(jié)構(gòu)為研究對(duì)象，從設(shè)計(jì)合適的化學(xué)合成途徑出發(fā)，在反應(yīng)過(guò)程中引入無(wú)機(jī)鹽NaCl為添加劑，以烏洛托品作為水解劑和沉淀劑、均勻沉淀法控制合成了α-Co(OH)2晶體。通過(guò)控制溫度、CoCl2的溶解方式以及加熱方式等實(shí)驗(yàn)條件，成功制備出由薄片自組裝而成的花狀納米結(jié)構(gòu)和六角納米薄片的α-Co(OH)2新奇納米結(jié)構(gòu)。利用X射線衍射儀、掃描電子顯微鏡透射電子顯微鏡和高分辨電子顯微鏡，研究了所制備α-Co(OH)2納米結(jié)構(gòu)的成分、形貌、尺寸和微觀結(jié)構(gòu)。本研究具有如下意義：（1）對(duì)探索控制合成具有新結(jié)構(gòu)的α-Co(OH)2的方法具有科學(xué)的指導(dǎo)意義。（2）實(shí)現(xiàn)對(duì)其性能的改善和調(diào)控，對(duì)進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)α-Co(OH)2納米結(jié)構(gòu)在超級(jí)電容器等領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用具有重要的科學(xué)義。
獲獎(jiǎng)情況
- Controllable Synthesis and Characterization of Co(OH)2 nanostructures, submitted to Journal of Physical Chemistry C.
鑒定結(jié)果
- 無(wú)
參考文獻(xiàn)
- [1]ZHAO T, JIANG H, MA J. Surfactant-assisted electrochemical deposition of α-cobalt hydroxide for super capacitors [J]. Journal of Power Sources, 2011, 196: 860–864. [2]Liu Zhao-ping, Ma Ren-zhi, Osada M, Takada K, Sasaki T, Selective and controlled synthesis of α-and β-cobalt hydroxides in highly Developed hexagonal platelets [J]. J. Am. Chem. Soc, 2005,127(40):13869-13874. [3]C.Nethravathi, B.Viswanath, Mency Sebastian, Michael Rajamathi. Exfoliation of a-hydroxides of nickel and cobalt in water [J]. Journal of Colloid and Interface Science (2010) 109–115. [4]Jian Jiang, Jinping Liu, Ruimin Ding, Jianhui Zhu, Yuanyuan Li, Anzheng Hu, Xin Li, Xintang Huang. Large-Scale Uniform α-Co(OH)2 Long Nanowire Arrays Grown on Graphite as Pseudocapacitor Electrodes[J]. ACS Appl. Mater. Interfaces, 2011, 3 (1), pp 99-103.
同類課題研究水平概述
- 大量研究表明，Co(OH)2是制造鎳氫、鎳鎘、鋰離子等高能充電電池的幾種關(guān)鍵材料之一，作為添加劑能顯著改善電池的性能,提高電極的導(dǎo)電性和充電效率等。Co(OH)2 除了直接在電池中作添加劑外,也是制備鋰離子電池正極材料的優(yōu)良前驅(qū)體。同時(shí),Co(OH)2 還是制備氧化亞鈷和鈷粉等的優(yōu)良原料。因此,研究Co(OH)2的可控合成制備及其性能具有很重要的現(xiàn)實(shí)意義。 研究表明：Co的氫氧化物結(jié)晶具有兩種結(jié)構(gòu)：α型及β型。α-Co(OH)2在理論上呈現(xiàn)出比β-Co(OH)2更好的電化學(xué)活性，因此它是更有希望的電極材料。與β型相比較，α-Co(OH)2單晶微粒更難合成。目前對(duì)Co(OH)2的主要制備方法有沉淀轉(zhuǎn)化法、超聲波、均勻沉淀等，但是所得到的產(chǎn)物大都是水鎂石結(jié)構(gòu)的β-Co(0H)2。 近年來(lái)，Co(OH)2引起了國(guó)內(nèi)科研人員的極大關(guān)注。西北師范大學(xué)的謝莉婧等人以氯化鉆為原料，聚乙烯吡咯烷酮(PVP)為分散劑，采用化學(xué)沉淀的方法制備出片狀α-Co(OH)2，并研究了α-Co(OH)2的超級(jí)電容特性。中南大學(xué)的楊幼平等以CoCl2為鈷源，六次甲基四胺(HMT)為沉淀劑，十二烷基硫酸鈉(SDs)為表面活性劑，采用均勻沉淀法合成水滑石結(jié)構(gòu)的α-Co(OH)2。 國(guó)外也有很多課題組在對(duì)Co(OH)2進(jìn)行研究。Minoru Osada，Kazunori Takada等人通過(guò)均勻沉淀法控制合成了具有板狀結(jié)構(gòu)的α-及β-Co(OH)2單晶。 總體而言，目前對(duì)α-Co(OH)2的可控合成制備取得了一定的進(jìn)展，對(duì)研究和開發(fā)清潔能源具有很大的指導(dǎo)意義，但是對(duì)α-Co(OH)2納米結(jié)構(gòu)的可控制備這一科學(xué)問(wèn)題還沒有得到很好的解決。我們利用HMT作為水解劑和沉淀劑，以NaCl為添加劑，實(shí)現(xiàn)了α-Co(OH)2納米結(jié)構(gòu)的尺寸、形狀和成分進(jìn)行有效控制，并成功制備出形貌和尺寸可控的花狀和六角薄片α-Co(OH)2納米結(jié)構(gòu)。本研究實(shí)驗(yàn)操作簡(jiǎn)單，原料價(jià)格低廉，并能大規(guī)模合成形貌和尺寸可控的α-Co(OH)2納米結(jié)構(gòu)。因而對(duì)進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)α-Co(OH)2納米結(jié)構(gòu)在超級(jí)電容器等領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用具有重要的技術(shù)和科學(xué)意義。
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