介孔二氧化硅的制備及其作為Co3O4納米晶載體和模板的應(yīng)用.pdf

1、本論文圍繞介孔二氧化硅的孔徑調(diào)節(jié)、形貌控制及其用于孔道內(nèi)負(fù)載和制備Co3O4納米晶展開一系列的工作，主要內(nèi)容如下：
　　 第二章報道蛋白質(zhì)高分子明膠對六方介孔二氧化硅材料的擴孔效應(yīng)。正硅酸乙酯(TEOS)和非離子表面活性劑P123(PEO20PPO69PEO20)分別被用作硅源和模板劑。結(jié)果表明：明膠的加入沒有影響材料二維六方介孔結(jié)構(gòu)的有序性，材料的孔徑和孔容擴大率分別為(29-39)％和(5-22)％，比表面積分布在(445-

2、590)m2·g-1之間。通過對制備溶液的紫外-可見光光譜(UV-Vis)分析，我們推測出明膠的擴孔機理：明膠通過氫鍵作用與P123膠束的親水側(cè)相結(jié)合，使模板劑膠束變大，從而提高材料的孔徑。這與以往報道的其他制備體系的擴孔機理均不相同。
　　 在第三章中，以陽離子表面活性劑十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)為模板劑，明膠為抑制劑，在堿性溶液中制備出介孔二氧化硅納米球。結(jié)果發(fā)現(xiàn)明膠可以有效地抑制介孔二氧化硅顆粒的生長。當(dāng)明膠與CTA

3、B的質(zhì)量比從0增加到1時，材料的顆粒尺寸逐漸從較寬的微米范圍(0.25-0.8)μm減小到較窄的納米范圍(35-100)nm。小角X射線衍射(LAXRD)和N2吸附-脫附測試表明添加明膠前后材料的平均孔徑從2 nm擴大到3.7nm。在論文中對明膠在材料制備中的作用機理進行了討論。
　　 在第四章中，將六水合硝酸鈷負(fù)載到介孔二氧化硅MCM-41的孔道內(nèi)，通過煅燒得到Co3O4/MCM-41-x(x表示Co3O4與MCM-41的質(zhì)量

4、比)復(fù)合材料。材料具有較大的比表面積和一定的孔體積。將復(fù)合材料制作成超級電容器電極材料，采用循環(huán)伏安法和交流阻抗法研究其電化學(xué)性能。結(jié)果顯示Co3O4的負(fù)載量、掃描速率以及電解液濃度對材料的電化學(xué)性能均可產(chǎn)生顯著的影響。復(fù)合材料具有良好的電化學(xué)特性，包括高起始頻率、低電荷傳遞電阻Rct和內(nèi)阻Ri。電化學(xué)研究發(fā)現(xiàn)：當(dāng)x=1.6時，電極比電容高達到308 F·g-1，經(jīng)過500次連續(xù)的循環(huán)伏安測試后比電容保留率高達91.3％。
　　

5、 在第五章中，以MCM-41為模板制備出具有介孔結(jié)構(gòu)的Co3O4隕石坑狀微球(Co3O4craterlike microspheres，Co3O4-CM)。材料的比表面積為60 m2·g-1，孔徑集中分布在3.7 nm附近。電化學(xué)測試發(fā)現(xiàn)Co3O4-CM具有較高的起始頻率、較小的Ri和Rct，比電容高達102 F·g-1。經(jīng)過500次連續(xù)的循環(huán)伏安測試后比電容保留率為74％。這種形貌的介孔Co3O4是第一次被制備出來并用于超級電容器電極

6、材料方面的研究。
　　 在第六章中，以帶狀SBA-15為模板制備出形貌規(guī)則、大小均一的Co3O4納米線。研究表明在6 mol·L-1的KOH電解液中，材料的Rct、Ri最低，起始頻率和比電容最高。納米線的比電容最高可達373 F·g-1，經(jīng)過500次連續(xù)的循環(huán)伏安測試后比電容保留率高達90％。
　　 以棒狀SBA-15為模板制備具有二維六方有序介孔結(jié)構(gòu)的Co3O4納米棒。材料平均孔徑為6.3 nm。顆粒長約(15-50)

7、nm，寬約(5-6)nm，遠小于已報道的用熱分解法制備的Co3O4納米棒。電化學(xué)研究表明在2 mol·L-1的KOH溶液中，材料的Rct和Ri分別為1.74Ω和0.17Ω，比電容高達321 F·g-1。經(jīng)過500次連續(xù)的循環(huán)伏安測試后，比電容保留率高達88％。Co3O4納米線和納米棒均是優(yōu)良的超級電容器電極材料。
　　 在第七章中，考察了MCM-41、Co3O4/MCM41-x、Co3O4-CM和Co3O4納米線對環(huán)己烷氧化反應(yīng)