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摘 要

本文概要地介绍了Co(OH)₂的研究背景、Co(OH)₂的主要性质以及现如今的应用现状。详细阐述了国内外合成Co(OH)₂所用的合成方法并对其优缺点进行简单分析讨论，详细分析介绍了各个方法所能制备的全部晶体形貌，分析影响晶体形貌的原因，讨论实验的影响因素，从而对各种合成方法进行对比分析，确定了自己的研究方向。

在实验部分，在水-油胺体系中，采用水热法，通过改变实验条件，合成具有不同晶型的Co(OH)₂纳米晶体。对不同形貌的Co(OH)₂进行表征，讨论不同种类表面活性剂以及反应时间的不同对其形貌特征的影响。

关键词： Co(OH)₂ 表面活性剂 水热法 表征

Synthesis of cobalt hydroxide nanocrystals

ABSTRACT

This paper briefly introduces the background main characters of Co(OH)₂ and the application of it at present. We described the domestic and foreign synthetic methods of Co(OH)₂ in detail and discuss the advantages and disadvantages of each methods. We would discuss and analyze the morphology of the products. Finally, we could determine the direction of our research.

In the experimental, the hydrothermal method was used to synthesize Co(OH)₂ nanocrystals in the water-petroleum amine system. Different forms of crystal was obtained by changing the experimental conditions. The products were characterized and analyzed. The effects of different surfactants and the different time of reaction on the morphology were discussed.

KEY WORDS： Co(OH)₂; surfactant; Hydrothermal; Characterization

目 录

摘 要 I

ABSTRACT II

第一章 文献综述 1

1.1 研究背景 1

1.1.1 超级电容器 1

1.1.2 锂电子电池正极材料前驱体 1

1.1.3 电池添加剂 1

1.2 Co(OH)₂纳米材料的合成方法及工艺流程 2

1.2.1 水热法 2

1.2.2 电沉积法 3

1.2.3 微波辅助法 3

1.2.4 超声辐射法 3

1.2.5 沉淀法 4

1.2.6 固相反应法 4

1.3 Co(OH)₂的性质与应用 4

1.3.1 Co(OH)₂的主要性质 5

1.3.2 Co(OH)₂的电化学性能 5

1.4 总结 6

第二章 Co(OH)₂纳米材料的制备 7

2.1 实验试剂 7

2.2 实验仪器 7

2.3 Co(OH)₂纳米材料的制备 8

2.3.1 Co(OH)₂六方片的制备 8

2.3.2 Co(OH)₂纳米棒的制备 8

2.3.3 水热反应时间对Co(OH)₂纳米棒簇形貌的影响 8

2.3.4 过氧化苯甲酰过氧剂的用量对Co(OH)₂纳米棒形貌的影响 8

2.3.5 Co(OH)₂纳米线的制备 9

2.4 样品的表征 9

第三章 结果与讨论 10

3.1 Co(OH)₂六方片的表征 10

3.2 Co(OH)₂纳米棒簇的表征 11

3.3 不同水热反应时间下生成的Co(OH)₂纳米棒的表征 12

3.4 不同过氧化苯甲酰的用量下生成的Co(OH)₂纳米棒的表征 15

3.5 水-油胺体系制备Co(OH)₂纳米线的表征 16

第四章 结论 18

参考文献 19

致谢 22

第一章 文献综述

1.1 研究背景

1.1.1 超级电容器

电化学电容器（超级电容器）是一种通过法拉第反应产生电化学电容的新型储能器件^[5]。它是一种性能介于传统电容器和电池之间的新型储能器件^[1,2]，由于其具有充放电效率高、放置时间长、温度范围宽、免维护及环境友好、良好的可逆性等显著优点，可用来满足电动汽车在加速、启动、爬坡时的瞬时高功率要求以保护蓄电池系统，也可作为移动通讯和计算机的备用电源等^[6,8]。RuO₂系氧化物具有优良的电化学电容及导电性，但其高昂的成本和高毒性阻碍了它的应用^[1,5]。虽然活性炭性能稳定、价格较低，但其电容性能较差，所以也不能大量应用^[2,6]。由于Co(OH)₂具有独特的空间交错的纳米片状结构、良好的氧化还原反应活性以及在电化学电容方面表现出的优良性能而成为超级电容器正极材料的优良替代品^[9,16]。

1.1.2 锂电子电池正极材料前驱体

随着智能手机等数码行业的迅速发展，高能电池的需求量日益增加^[10]。锂离子电池的电压高、能量密度大、循环性能好、自放电小、无记忆效应、工作温度范围宽等显著优点使其成为最具有应用前景的新型高能电池^[4,11,12]。而正极材料作为锂离子电池的重要组成部分，其90%使用的材料是LiCoO₂ ^[4]。而氢氧化钴又是LiCoO₂的主要合成材料，所以研究简单温和的方法制备出稳定晶型的氢氧化钴具有极好的发展前景^[30,31]。

1.1.3 电池添加剂

Co(OH)₂作为添加剂可提高电池比能量与输出功率；提高充放电循环寿命与快速充电能力；提高耐过充放电能力并减少自放电现象等。它们在电池中的浓度大多为2%~ 10%，所起的作用是不同的^[13,17]。

综上所述，随着我国经济的发展，对各种电容器以以及高能电池的需求量必定越来越大，而研究氢氧化钴纳米晶体的合成将具有很好的经济效益。

1.2 Co(OH)₂纳米材料的合成方法及工艺流程

目前合成氢氧化钴纳米晶体的方法主要有水热法、电沉积法、微波辅助法、超声辐射法、沉淀法、模板法以及固相反应法等等。在Co(OH)₂的制备过程中遇到两大困难：一是Co(OH)₂生成后特别容易被溶剂中的氧化氛围氧化成棕褐色的Co(OH)₂，二是Co(OH)₂特别容易形成胶体而导致其后续过滤工艺难以完成^[14,15]。

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