过渡金属磷化物纳米结构的可控合成、表征及其性能研究

发布时间：2017-05-29 13:04

  本文关键词：过渡金属磷化物纳米结构的可控合成、表征及其性能研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：过渡金属磷化物在磁学、电化学和能量存储等方面都展现出了优越的性能。最近几年,特别在催化反应方面的应用,引起了化学工作者们广泛的关注和研究的热情。直到现在,研究者们已经开发了很多种路线来获得磷化镍、钴并研究其可能的性能。但这些方法通常需要特殊反应物,但这些反应试剂或者有毒、昂贵,有时反应条也需要件高温。所以,我们的工作是如何选择廉价、无毒反应试剂来可控合成磷化镍、钴微纳米材料并且研究其性能。最近几年,前躯体低温磷化路线因具有温和、低耗能、无危险性、环境友好且获得产物的结晶性较好等优点吸引了工作者们普遍的研究兴趣。本论文主要探讨以水热以及低温磷化路线条件下,获得形态或相态可控的镍、钴的磷化物纳米晶,并探讨了作为电容电极材料和作为催化剂的性能。具体内容概括如下:1.设计了一条两步合成路线,首先以CoSO_4·7H_2O、NaOH和N_2H_4·H_2O为反应物,在100°C的溶剂热条件下反应10h,制备出尺寸约为0.5-1.5mm的表面相对粗糙的Co微球;然后用所得Co微球和白磷作为Co和磷源,在180°C的水体系中反应16h,成功制备了草坪状的Co_2P超结构。实验发现,草坪状的Co_2P催化剂在过量的NaBH4溶液里拥有很好的催化还原染料和硝基类化合物(4-硝基苯酚、2-硝基苯酚和4-硝基苯胺)的能力,并为有机染料的室温快速去色提供了新的选择。2.在聚乙烯吡咯烷酮(PVP)和六亚甲基四胺(HMT)存在下,以NiCl_2·6H_2O和NaH_2PO_2·H_2O为起始反应试剂,采用前驱体磷化法成功实现了形貌可控的Ni_2P微纳结构的合成。实验显示:在相同的水热条件下,通过改变HMT的量首先分别制备NiHPO_3·H_2O纳米棒和Ni纳米球。然后,在N_2气氛中相同条件下分别低温磷化NiHPO_3·H_2O纳米棒和Ni纳米球前驱体分别获得了Ni_2P纳米棒和Ni_2P纳米球。性能研究表明,它们的电化学和催化性能对其形貌有很强的依赖性:Ni_2P纳米棒比Ni_2P纳米球拥有更好电化学性能(如高的比定容量和循环稳定性等)和在过量的NaBH_4溶液中有更强的催化还原4-NP到4-AP性能。3.在没有表面活性剂的情况下,使用NiCl_2·6H_2O、NaH_2PO_2·H_2O和白磷为反应物,在170°C条件下通过水热路线合成相态可控的磷化镍纳米球。实验表明,不同相态的磷化镍纳米结构的形成与次磷酸钠的量、WP的量和不同的反应时间等实验参数有很大的相关性。研究显示,所获得的Ni_2P和Ni_(12)P_5纳米球在过量的NaBH_4溶液中都表现出很好的催化还原4-NP、2-NP和4-NA等硝基类化合物的能力,但Ni_2P比Ni_(12)P_5拥有更强的催化还原活性。4.以100nm左右的镍单质作为前驱体,采用前驱体磷化路线,通过选择不同煅烧温度、时间以及Ni~(2+)/H_2PO_2~-的质量比,成功合成了不同相态的磷化镍微纳结构。研究发现,Ni~(2+)/H_2PO_2~-的质量比对终产物的相态有很大的影响:低的质量比生成Ni_5P_4,高的质量比则形成Ni_2P。实验显示,所获得的球形Ni_2P和Ni_5P_4纳米结构在过量的NaBH_4溶液中均表现出杰出的催化还原4-NP的活性,且Ni_5P_4比Ni_2P具有更强的催化4-NP还原的能力,表明产物的相态对其性能有重要的影响。
【关键词】：过渡金属磷化物 低温磷化 形貌控制 相态控制 性能
【学位授予单位】：安徽师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB383.1
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 第一章 过渡金属磷化物的最新研究进展11-28
• 1. 引言11
• 2. 过渡金属磷化物的合成方法11-17
• 3. 过渡金属磷化物的性能研究17-20
• 4. 过渡金属磷化物的潜在应用20
• 5. 论文设想20-21
• 参考文献21-28
• 第二章 草坪状Co_2P超结构元素之间直接合成、形成机制及催化性能28-42
• 1. 引言28-29
• 2. 实验部分29-30
• 3. 结果与讨论30-38
• 4. 结论38
• 参考文献38-42
• 第三章 温和的前驱体磷化路线合成Ni_2P纳米结构以及形貌依赖的性质研究42-59
• 1. 引言42-43
• 2. 实验部分43-45
• 3. 结果与讨论45-54
• 4. 结论54
• 参考文献54-59
• 第四章 磷化镍纳米球相态控制的水热合成及催化性能59-74
• 1. 引言59-60
• 2. 实验部分60-61
• 3. 结果与讨论61-69
• 4. 结论69
• 参考文献69-74
• 第五章 前驱体磷化法合成相态可控的磷化镍纳米晶及其催化性能研究74-85
• 1. 引言74-75
• 2. 实验部分75-76
• 3. 结果与讨论76-81
• 4. 结论81-82
• 参考文献82-85
• 附录：攻读硕士研究生期间发表论文情况85-86
• 致谢86-87

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本文编号：404909