生物质碳基金属复合材料的制备及性能的研究

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近年来,随着科学技术的进步,人类对能源的开采也越来越严重从而导致自然界中不可再生资源逐渐枯竭。同时许多资源的开发使用也给环境造成了严重的污染。为了解决这一技术性难题,越来越多的科研人员开始把生物质作为以后发展的重要碳源。生物质是一种可再生碳源,而且还具有环境污染小、可再生、分布范围广等优点。本文尝试将生物质用于制备纳米复合材料和调控磁性金属氧化物,并分别研究了上述材料的气敏性能、磁学性能。采用水热合成法以蝴蝶翅膀作为模板,在Co盐的前驱体中制备了一种生物质碳基金属复合材料C-Co3O4。在水热合成过程中把1.20 mmol、1.79 mmol、2.41mmol这三个不同Co+含量的前驱体负载到蝴蝶翅膀上,然后经过不同的煅烧温度处理(350℃、400℃、450℃),最后形成了S1,S2,S3,S4,S5,S6,S7,S8,S9-Co3O4@C等九个样品。为了检测这几个样品的甲醇气敏性能,在100ppm甲醇气氛下,工作温度分别为150℃、170℃、190℃、230℃进行了气敏性能测试。结果显示这九个样品的最佳工作温度为170℃,而且样品S3-Co3O4@C的气敏性能最好,其灵敏度为11,响应和恢复时间分别是36和41s。为了验证生物质的加入对样品气敏性能的影响,本实验在未加模板的相同反应条件下制备得到S3-Co3O4。经过气敏性能的测试发现样品S3-Co3O4的灵敏度为5.7,响应和恢复时间为59和48s。由此可以得出蝴蝶骨架的加入有利于提高气敏性能。采用蚕丝蛋白作为活性剂调控Co盐前驱体的水热反应过程,得到磁性氧化物Co3O4。研究了前驱体在不同煅烧温度(300℃、350℃、450℃、550℃、650℃)下对磁性氧化物Co3O4形貌及磁性的影响。研究发现,与未加蚕丝蛋白的反应体系下得到的磁性氧化物相比,蚕丝蛋白的加入不会引入碳源,但是会有效提升氧化物的磁学性能,其中,样品Co3O4-pro-350℃表现出最优的磁性性能,其饱和磁化强度(Ms)为1.8046 emu/g,矫顽力(Hc)为205.54 Oe,剩余磁化强度(Mr)为0.2163 emu/g。
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