利用草酸盐模板制备金属与氧化物纳米线及其应用

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一维纳米材料与其他纳米材料相比,具有其本身特殊的物理化学性质,因此在很多领域有潜在的应用。金属及氧化物纳米线已广泛应用于磁性材料、气敏元件、电极材料、电化学电容器、功能陶瓷、光电器件、电致变色材料和特种涂料等领域。因此,探索金属及氧化物纳米线的大量、简单合成及应用具有重要意义。在本论文里,我们利用微乳液法合成了草酸盐纳米线,并将其作为可牺牲模板,通过后续热处理合成金属及氧化物纳米线。具体实现途径有两条:1)对于氧化物纳米线,我们采用微乳液法制备草酸盐纳米线,结合空气中热处理的方法合成了一系列的氧化物纳米线;2)对于金属纳米线,我们采用草酸盐为可牺牲模板,在还原气氛中热处理合成了金属的纳米线。上述方法具有简单高效、普适性好、产物尺寸和形貌可控等优点,能够合成一系列的尺寸均匀、形貌可控的金属及氧化物纳米线。这种金属及氧化物纳米线具有很高的比表面积、稳定的结构,因此能够在磁学和锂电池负极材料等领域有潜在的应用。我们选择了几种比较典型的氧化物纳米线,测试其磁性及锂电池性能。主要成果如下:(1)基于微乳液法制备了长度几微米、直径20-100纳米的NiC2O4纳米线,通过后续热处理得到多孔NiO纳米线,并采用扫描电镜、透射电镜、高分辨透射电镜、X射线衍射仪、傅里叶红外等手段对产物的形貌和结构进行了表征。研究表明,得到的多孔NiO纳米线是由NiO颗粒致密堆积而成,且NiO颗粒的直径可随热处理温度变化。同时研究了NiO纳米线的磁性性能,制备的NiO纳米线显示出随NiO颗粒尺寸变化的铁磁性特征。(2)基于微乳液法结合不同气氛下热处理选择性合成了直径约100nm、长度数十微米的α-Fe2O3和Fe3O4纳米线。研究了可牺牲模板、热处理温度和热处理气氛对产物形貌与结构的影响。(3)通过类似的微乳液法制得CoC2O4纳米线,通过在不同温度不同气氛下煅烧CoC2O4纳米线,选择性合成出超长均匀的Co3O4和Co纳米线。(4)通过类似的微乳液法,制备出CoFe2(C2O4)3纳米线,通过在不同气氛和温度下热处理,合成出大量尺寸可控的尖晶石CoFe204纳米线和FeCo纳米线。(5)通过类似的微乳液法制备ZnCo2(C2O4)3纳米线,通过后续热处理得到多孔ZnCo2O4纳米线。通过控制煅烧温度,可以调节ZnCo2O4纳米线的多孔性和表面积。ZnCo2(C2O4)3纳米线应用在锂电池电极材料上,表现出了高容量和高循环性能。同时研究了表面积和多孔性对容量和循环性能的影响。
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