基本信息
- 项目名称：
- 新奇α-Co(OH)2纳米结构的控制制备
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 本研究通过对实验条件的系统研究，发展一种形貌和尺寸可控的花状和六角薄片α-Co(OH)2均匀沉淀制备新方法。 对开发超级电容器活性材料，实现具有高比电容量的电极材料的大规模应用有重要的实际价值。 同时，对α-Co(OH)2纳米结构的形貌和尺寸的可控生长，进而实现对其性能的改善和调控，发展基于纳米结构的新型高效锂离子电极材料制备技术及满足我国在开发新的清洁高效能源方面的需求具有重要的科学意义。
- 详细介绍：
- 本研究的目的在于发展一种形貌和尺寸可控的α-Co(OH) 2纳米结构制备新方法。以Co(OH)2纳米结构为研究对象，从设计合适的化学合成途径出发，在反应过程中引入无机盐NaCl为添加剂，以乌洛托品(HMT)作为水解剂和沉淀剂，在稀的CoCl2溶液中，用均匀沉淀法控制合成了α-Co(OH) 2晶体。通过控制温度、CoCl2的溶解方式以及加热方式等实验条件，成功制备出由薄片自组装而成的花状纳米结构和六角纳米薄片的α-Co(OH)2新奇纳米结构。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和高分辨电子显微镜(HRTEM)研究了所制备α-Co(OH)2纳米结构的成分、形貌、尺寸和微观结构。本研究具有如下两方面的意义:(1)对探索控制合成具有新奇结构的α-Co(OH) 2的合成新方法具有科学的指导意义。(2)对α-Co(OH) 2纳米结构的尺寸和形貌进行调控和宏观可控生长，进而实现对其性能的改善和调控，对进一步实现α-Co(OH) 2纳米结构在超级电容器等领域的实际应用具有明显的科学意义。
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作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 本研究通过对实验条件的研究，发展一种形貌和尺寸可控的花状和六角薄片α-Co(OH)2的制备新方法。 基本思路：1.以CoCl2为钴源，HMT为沉淀剂，以NaCl为添加剂，采用均匀沉淀法合成α-Co(OH)2。 2.采用X-射线衍射，扫描电镜，透射电镜和高分辨电镜技术研究材料的成分、形貌和尺寸。 3.探讨实验条件对α-Co(OH)2纳米结构的形状和尺寸的影响，获得可控制备方法，实现规模化合成。
科学性、先进性及独特之处
- 本研究科学性和先进性在于，利用HMT作为水解剂和沉淀剂，以NaCl为添加剂，发展一种形貌和尺寸可控的花状和六角薄片α-Co(OH)2均匀沉淀制备新方法。 本研究的独特之处是实验操作简单，原料价格低廉，并能对α-Co(OH)2纳米结构的尺寸、形状和成分进行有效控制，为α-Co(OH)2的进一步实用化研究提供丰富优异的实验材料，对进一步实现α-Co(OH)2在超级电容器等领域的应用具有重要科学意义。
应用价值和现实意义
- 本研究围绕α-Co(OH)2纳米结构的尺寸、形状的有效控制这一科学问题，采用均匀沉淀法实现了形状和尺寸可控的α-Co(OH)2纳米结构的规模化制备，对开发超级电容器活性材料有重要的实际价值。 同时对α-Co(OH)2纳米结构的形貌和尺寸的可控生长，进而实现对其性能的改善和调控，发展新型高效锂离子电极材料制备技术及满足我国在开发新的清洁高效能源方面的需求具有重要的科学意义和现实意义。
学术论文摘要
- 及其化合物Co(OH)2是制造MH-Ni、锂离子电池等充电电池的几种关键材料之一，作为电池添加剂，能显著提高电池的充放电性能。同时,也因其独特的空间纳米结构而具有良好的氧化还原反应活性，再加上其资源丰富等特点成为较理想的超级电容器活性材料。 本研究目的在于发展一种形貌和尺寸可控的α-Co(OH)2纳米结构制备新方法。我们以Co(OH)2纳米结构为研究对象，从设计合适的化学合成途径出发，在反应过程中引入无机盐NaCl为添加剂，以乌洛托品作为水解剂和沉淀剂、均匀沉淀法控制合成了α-Co(OH)2晶体。通过控制温度、CoCl2的溶解方式以及加热方式等实验条件，成功制备出由薄片自组装而成的花状纳米结构和六角纳米薄片的α-Co(OH)2新奇纳米结构。利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜透射电子显微镜和高分辨电子显微镜，研究了所制备α-Co(OH)2纳米结构的成分、形貌、尺寸和微观结构。本研究具有如下意义：（1）对探索控制合成具有新结构的α-Co(OH)2的方法具有科学的指导意义。（2）实现对其性能的改善和调控，对进一步实现α-Co(OH)2纳米结构在超级电容器等领域的实际应用具有重要的科学义。
获奖情况
- Controllable Synthesis and Characterization of Co(OH)2 nanostructures, submitted to Journal of Physical Chemistry C.
鉴定结果
- 无
参考文献
- [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.
同类课题研究水平概述
- 大量研究表明，Co(OH)2是制造镍氢、镍镉、锂离子等高能充电电池的几种关键材料之一，作为添加剂能显著改善电池的性能,提高电极的导电性和充电效率等。Co(OH)2 除了直接在电池中作添加剂外,也是制备锂离子电池正极材料的优良前驱体。同时,Co(OH)2 还是制备氧化亚钴和钴粉等的优良原料。因此,研究Co(OH)2的可控合成制备及其性能具有很重要的现实意义。 研究表明：Co的氢氧化物结晶具有两种结构：α型及β型。α-Co(OH)2在理论上呈现出比β-Co(OH)2更好的电化学活性，因此它是更有希望的电极材料。与β型相比较，α-Co(OH)2单晶微粒更难合成。目前对Co(OH)2的主要制备方法有沉淀转化法、超声波、均匀沉淀等，但是所得到的产物大都是水镁石结构的β-Co(0H)2。 近年来，Co(OH)2引起了国内科研人员的极大关注。西北师范大学的谢莉婧等人以氯化钻为原料，聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为分散剂，采用化学沉淀的方法制备出片状α-Co(OH)2，并研究了α-Co(OH)2的超级电容特性。中南大学的杨幼平等以CoCl2为钴源，六次甲基四胺(HMT)为沉淀剂，十二烷基硫酸钠(SDs)为表面活性剂，采用均匀沉淀法合成水滑石结构的α-Co(OH)2。 国外也有很多课题组在对Co(OH)2进行研究。Minoru Osada，Kazunori Takada等人通过均匀沉淀法控制合成了具有板状结构的α-及β-Co(OH)2单晶。 总体而言，目前对α-Co(OH)2的可控合成制备取得了一定的进展，对研究和开发清洁能源具有很大的指导意义，但是对α-Co(OH)2纳米结构的可控制备这一科学问题还没有得到很好的解决。我们利用HMT作为水解剂和沉淀剂，以NaCl为添加剂，实现了α-Co(OH)2纳米结构的尺寸、形状和成分进行有效控制，并成功制备出形貌和尺寸可控的花状和六角薄片α-Co(OH)2纳米结构。本研究实验操作简单，原料价格低廉，并能大规模合成形貌和尺寸可控的α-Co(OH)2纳米结构。因而对进一步实现α-Co(OH)2纳米结构在超级电容器等领域的实际应用具有重要的技术和科学意义。
