纳米Co3O4粉体的固相反应制备、表征和生长机理研究

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以CoSO4·7H2O和H2C2O4·2H2O为原料,通过室温固相反应合成纳米Co3O4前驱体CoC2O4·2H2O,就工艺参数对前驱体的结构、形貌、尺寸、产率和分解过程等影响规律进行了探讨。系统研究了不同前驱体的制备工艺对β-CoC2O4形貌的影响,发现压应力(20MPa)是针状β-CoC2O4形成的必要条件,制备前驱体时反应物的摩尔配比、前驱体的煅烧温度对β-CoC-2O4形貌也有影响。当CoSO4·7H2O与H2C2O4·2H2O的摩尔比为1.2:1时,在5℃、20MPa的应力下制得前驱体,前驱体在200℃~230℃范围内煅烧2h即可得到形态较好的针状β-CoC2O-4。 对前驱体经不同温度煅烧2h获得的纳米Co3O4粉体颗粒尺寸的变化规律分析可得,纳米Co3O4颗粒生长活化能Ea为16KJ/mol。随着煅烧温度的提高,纳米Co3O4颗粒尺寸从17nm(250℃)增长到42nm(650℃)。研究表明,当煅烧温度一定时,随着煅烧时间的延长,纳米Co3O4颗粒生长过程分为形核、均匀长大、异常长大和均匀化四个阶段进行。研究了在500℃和650℃纳米Co3O4晶粒的生长与煅烧时间的规律。纳米Co3O4颗粒生长过程包括快速生长期和慢速生长期,并符合G-M晶粒长大模型,其动力学方程为((d1-d0)/d1v=βexp(-(Ea/RT))t/T。当煅烧温度为650℃和500℃时,纳米Co3O4颗粒快速生长期的v分别为3.47和3.3,纳米Co3O4颗粒慢速生长期的v分别为2.1和2.4。因此,纳米Co3O4颗粒的快速生长期受表面扩散机制控制,慢速生长期受体扩散控制。 研究了不同晶粒尺寸的纳米Co3O4晶体的精细结构,发现随着晶粒尺寸的减小,纳米Co3O4晶格膨,讨论了晶格膨胀的原因。纳米Co3O4晶体的红外吸收谱存在红移和宽化现象,定性地解释了红外吸收谱存在红移和宽化的原因。
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