水浴法合成羟基氧化钴Word格式文档下载.docx
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拟达到的要求或技术指标
因为现在已知的合成CoOOH的方法中，大多涉及到了模板剂的使用，并且模板的去除也会增加合成CoOOH所需的时间，或者是反应过程和步骤过于繁琐，所以为了解决这些问题，我们将寻找一种不涉及模板的使用，不存在模板去除问题，污染小、步骤简易，同时，所需条件相对温和、易于放大的合成CoOOH的方法。
并在具体试验中采取准确无误的操作方法，竟可能的排出试验结果的操作误差。
进度安排
起止日期
工作内容
备注
2013年10月26日
2013年11月4日－2013年12月20日
2013年12月21日－2014年4月10日
2014年4月11日－2014年5月20日
2014年5月21日－2014年5月28日
确定论文题目
完成开题报告书
做相关的实验并完成论文初搞
修改初稿，并完成最终定稿
进行毕业论文评审
主要参考资料
[1]潘铮铮,王荣,周震,阎杰《型氢氧化镍表面包覆CoOOH的研究》（《电源技术》
2001年03期）
[2]龙长江于金刚《一种氢氧化钴（Co（OH）2）合成新工艺》（《硅谷》2011年第
18期）
[3][李亚栋《液相控制沉淀法制备纳米级Co3O4微粉》（高等学院化学报，1999年4月
NO.4519-522）
教研室
意见
年月日
学院主管领导意见
湖南工学院本科生毕业论文（设计）开题报告
设计（论文）题目
设计（论文）题目来源
探究实验
设计（论文）题目类型
研究类
起止时间
2013年11月2014年5月
一、设计（论文）的研究背景及意义：
背景：
1980年以来，纳米颗粒被限制在1～100nm范围，那时的“纳米”作为一种材料。
21世纪以来，纳米材料则由它们作为基本单元构成或在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围构成的材料。
因其性质完全不同于一般的材料，纳米材料也就具有其特殊的性质。
由氧离子、氢氧根离子与某金属离子构成的化合物叫做羟基氧化物，也是氢氧化物转化为氧化物过程中部分脱水的中间产物。
常见的有+3价金属离子形成的化学式为MO（OH）的化合物，如M=Al，Sc，Y，Mn，Fe，Co，Ga和In等等。
像这类化合物有多种变体，矿物中一般可以发现。
大量羟基的存在羟基氧化物的表面与外界分子易于结合的独特结构，比表面积也较大，其作为载体能大幅提高负载功能单元的分散性，增加其反应活性位点，本身具有一些优点，如对某些分子优良的催化活性，有优良的亲水性、孔结构等。
羟基氧化钴现在作为一种重要的材料被广泛的应用于电化学方面。
从20世纪开始，出现了多重合成羟基氧化钴的方法，如2001年有朱迎春，李洪亮，YuriKoltypin和AharonGedanken利用声波降解法制备纳米钴氢氧化物，2003年由F.Barde´
M.-R.Palacin,B.Beaudoin,A.Delahaye-Vidal还有J.-M.Tarascon用两个软化学过程使γIII-CoOOH在低温条件下合成，2007年竹彦佐佐木和杨金虎利用气泡模板合成CoOOH层级结构空心球，以及1984年的Johnd.Hem,Charlese.RobersonandCarol.J.Lind使用直接低温沉积结晶的方法制得羟基氧化钴等等，这些方法操作大多比较复杂，而且成本较高。
因此，寻找合适的反应条件．易于操作，适用范围广，就能制备一维纳米材料的新方法尤为重要。
为了寻找一种污染小，步骤简单易于控制，成本较低的合成纳米材料的方法。
本文将利用硫酸钴，氢氧化钾为原料，在和双氧水作用下，先通过控制液相沉淀的温度采用液相直接沉淀法制备羟基氧化钴。
此方法具有易于控制、生产成本低、产物颗粒形态可控等特点。
意义：
因为水热、溶剂热条件下实现的液相沉淀法合成路线不涉及模板的使用，不存在模板去除问题，污染小、步骤简单，同时，这种液相合成所需条件相对温和、易于放大，对于纳米材料的合成而言，极具应用前景。
二、设计（论文）主要研究的内容、技术路线、实施方案：
研究的内容：
利用可溶性钴盐（CoSO4）和氢氧化钾为原料，在双氧水作用下，先通过控制液相沉淀的温度采用液相直接沉淀法制备羟基氧化钴。
技术路线：
使用可溶性的钴盐（CoSO4）与氢氧化钠反映生成氢氧化钴，再加入双氧水，通过水浴法合成羟基氧化钴。
CoSO4+2NaOH=Co（OH）2↓+Na2SO4
Co（OH）2+H2O2→CoOOH+O2↑
实施方案：
将250ml的三颈瓶放置在80℃水浴中,然后向三颈瓶中加入0.03mol/LCoSO4·
7H2O溶液100ml在内向三颈瓶中匀速滴加30%H2O2溶液6ml,同时体系应处于搅拌状态，反应过程中使用1mol/LNaOH溶液控制反应的pH值约为9～10。
反应完毕后，将产物静置，抽滤，用热蒸馏水洗涤至pH值恒定。
产物在75℃下恒温烘干。
三、设计（论文）的进度安排：
2013年10月26日，确定论文题目。
2013年11月4日－2013年12月20日完成开题报告书
2013年12月21日－2014年4月10日做相关的实验并完成论文初搞
2014年4月11日－2014年5月20日修改初稿，并完成最终定稿
2014年5月21日－2014年5月28日进行毕业论文评审
四、进行设计（论文）所需条件：
（一）相关的实验用品如：
硫酸钴氢氧化钠双氧水蒸馏水
（二）相关的实验仪器如:
恒温热水浴智能数字恒温控制器分析天平烘箱
五、指导老师意见：
同意开题
签名：
娄晓明
2014年3月29日
湖南工学院毕业设计（论文）工作进度检查表
题目
班级学号
10701540127
专业
无机非金属材料工程
指
导
教
师
填
写
学生开题情况
学生调研及查阅文献情况
毕业设计（论文）原计划有无调整
学生是否按计划执行工作进度
学生是否能独立完成工作任务
学生的英文翻译情况
学生每周接受指导的次数及时间
毕业设计（论文）过程检查记录情况
学生的工作态度在相应选项划“√”
□认真
□一般
□较差
尚存在的问题及采取的措施（从教务系统中打印6次指导记录）：
指导教师签字：
年月日
学院意见：
负责人签字：
湖南工学院2014届毕业设计（论文）指导教师评阅表
学院：
无机非金属材料工程
学号
班级
材本1001
专业
指导教师姓名
评语：
（包括以下方面，①学习态度、工作量完成情况、材料的完整性和规范性；
②检索和利用文献能力、计算机应用能力；
③学术水平或设计水平、综合运用知识能力和创新能力；
）
是否同意参加答辩：
是□否□
指导教师评定成绩
分值：
年月日
湖南工学院毕业设计（论文）评阅评语表
题 目
评阅
教师姓名
刘伟辉
职称
研究员
工作单位
湖南工学院
评分内容
具体要求
总分
评分
开题情况
调研论证
能独立查阅文献资料及从事其他形式的调研，能较好地理解课题任务并提出实施方案，有分析整理各类信息并从中获取新知识的能力。
10
外文翻译
摘要及外文资料翻译准确，文字流畅，符合规定内容及字数要求。
设计质量
论证、分析、设计、计算、结构、建模、实验正确合理。
35
创新
工作中有创新意识，有重大改进或独特见解，有一定实用价值。
撰写质量
结构严谨，文字通顺，用语符合技术规范，图表清楚，书写格式规范，符合规定字数要求。
15
综合能力
能综合运用所学知识和技能发现与解决实际问题。
20
总评分
评阅教师
评阅意见
评阅成绩
总评分ⅹ20%
评阅教师签名
日期
湖工学院毕业设计（论文）答辩资格审查表
题目
学
号
10701540227
本试验选用硫酸钴（CoSO4）和NaOH为原料，在H2O2作用下，选用液相直接沉淀法合成了CoOOH，此方法不涉及模板的使用，不存在去除模板的问题，对环境的污染小、合成的步骤简易有较少，同时，这类液相合成所需条件相对温和、易于扩大用于声场，对于纳米材料的合成而言，拥有非常好的应用前景。
申请人签名：
日期：
2014年5月28日
资
格
审
查
项
目
是
否
01
工作量是否达到所规定要求
02
文档资料是否齐全（任务书、开题报告、外文资料翻译、定稿论文及其相关附件资料等）
03
是否完成任务书规定的任务
04
完成的成果是否达到验收要求
05
是否剽窃他人成果或者直接照抄他人设计（论文）
指导教师签名：
毕业设计（论文）答辩资格审查小组意见：
符合答辩资格，同意答辩□
不符合答辩资格，不同意答辩□
审查小组成员签名：
年
月
日
注：
此表中内容综述由学生填写，资格审查项目由指导教师填写。
湖南工学院2014届毕业设计（论文）答辩及最终成绩评定表
学号
班级
材本1001班
答辩
指导
教师
成绩评定
分值
评定
小计
教师1
教师2
教师3
教师4
教师5
课题介绍
思路清晰，语言表达准确，概念清楚，论点正确，实验方法科学，分析归纳合理，结论严谨，设计（论文）有应用价值。
30
表现
思维敏捷,回答问题有理论根据，基本概念清楚，主要问题回答准确大、深入,知识面宽。
必
答
题
40
自
由
提
问
合计
100
答辩评分
答辩小组长签名：
答辩成绩a：
×
20％＝
指导教师评分
指导教师评定成绩b：
60％＝
评阅教师评分
评阅教师评定成绩c：
最终评定成绩：
分数：
等级：
答辩委员会主任签名：
说明：
最终评定成绩＝a+b+c，三个成绩的百分比由各学院自己确定，但应控制在给定标准的10％左右。
摘要
因为纳米材料在电学，光学和力学上的特性，世界上的许多科学家都对其产生了研究的兴趣。
第十九个世纪以来，纳米材料的研究是一个飞跃，尤其是羟基氧化物，他是由氧离子（O2-），氢氧根离子（OH-）和某些金属离子组成，以及稀土氢氧化物更是切实地应用到了我们的日常生活当中。
由氧离子、氢氧根离子（OH-）与某金属离子组成的化合物叫做羟基氧化物，也是氢氧化物转化为氧化物过程当中部分脱水的中间产物。
其中，钴的羟基氧化物现在作为一种重要的纳米材料被广泛的应用于电化学方面。
自二十世纪以来,出现了多种合成羟基氧化钴（CoOOH）的方法，无论是在国内还是国外，引起了众多科学家的兴趣。
其中所涉及到的问题就在于，大多数方法中涉及到了模板的使用，而去除模板就使得合成的步骤过于复杂，增加了成本。
为了寻找一种合成条件相对合适，步骤简易易于操作，低能耗，成本低的方法，探索CoOOH的合成方法就具有重要意义。
本论文将会利用可溶性钴盐和NaOH为原料，在H2O2作用下，使用液相沉淀法水浴合成CoOOH。
此方法不涉及模板的使用，不存在模板去除问题，污染小、步骤简易，同时，这类液相合成所需条件相对温和、易于放大，对于纳米材料的合成而言，极具应用前景。
关键字：
羟基氧化钴;
纳米材料;
水浴法;
液相合成;
沉淀法
Abstract
Duetotheapplicationofnanometerharmonysinelectrical,theapplicationofoptical,mechanicalapplications，manyscientistsintheworldhavearesearchinterestinthe.SincenineteenthCentury,researchofnanoharmonyisaleap,inparticular,byhydroxyl,oxygenandhydroxyloxideofmetalions,rareearthoxideandhydrogenisactuallyusedinourdailylife.
CompoundsInthecompositionofoxygenion,hydroxylionsandametalionisalsocalledhydroxyloxide,hydroxideintointermediatepartiallydehydratedoxideprocess.Amongthem,thecobaltoxyhydroxidenowasanimportantnanoharmonyhasbeenwidelyusedinelectrochemistry.Since1900,thereweremanysyntheticCoOOH,whetherathomeorabroad,toattracttheinterestsofmanyscientists.Therewereaproblemliesinmostofthemethodsinvolvedintheuseofplaten,andplatenremovalmakesthesyntheticprocessistoocomplex,Theincreasedcostofproduction.Inordertofindasuitablesynthesisconditionsarerelativelystepisnotcomplicated,easyoperation,lowenergyconsumption,lowcostmethod,synthesisofCoOOHisofgreatsignificance.
Thispaperwillusesolublecobaltsaltandsodiumhydroxideasrawmaterial,undertheeffectofH2O2,usingliquidphaseprecipitationwaterbathCoOOHsynthesis,themethoddoesnotneedtojointhetemplateagent,tthetemplateremovalwithoutanyproblems,smallpollution,stepisnotcomplicated,andtheliquidphasesynthesisrequiredrelativelymild,easytoenlarge,andforthesynthesisofnanoharmony,hasbroadapplicationprospects.
Keywords:
CoOOH;
Liquid-PhaseSynthesis;
WaterBathMethod;
Nanoharmony;
Precipitation
1.前言
1.1研究背景
自第十九世纪初到第二十一世纪的现代化学，自1869年门捷列夫提出的元素周期表以及1803年，道尔顿使用当时已掌握的一些分析数据，提出的原子论等在原子层次上的了解和研究化学，飞跃到21世纪分子水平的了解和研究，其中有对化学键本质、分子间相互作用的强弱、结构与功能关系的认识等[1]。
作为以纳米尺度结构为对象的纳米化学。
当物质尺寸处于纳米量级时，就会产生异于原子、分子、又异于块体材料的特别的磁力学上的，力学上的，电学上的，光学上的以至生物学等科学上的性质[2]。
所谓的“人造原子”就是由形状和尺寸相似的纳米粒子作为结构基元组成的新的功能结构[3]。
由纳米粒子（nanoparticle）组成的纳米颗粒材料（或称为超微粒材料）。
纳米粒子（或称为超微颗粒），通常指尺寸在1～100纳米之间的粒子，是处于原子簇和宏观物体交界的过渡区域，从通常的关于微观和宏观的观点看，如此的系统不是典型的微观系统更不是非典型的宏观系统，是一种典型的介观系统，它具有表面效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应[4]。
当人们将宏观物体细分成纳米颗粒之后，它将表现出跟原有的具有巨大差异的特性。
按照维度不同的约束，纳米材料可分为三种：
①零维，就如纳米团簇和纳米颗粒这类物质，它们在空间三维尺度内都受到了约束[5]；
②一维，就如纳米管、纳米带、纳米线这类材料，在空间之中只有二维在纳米尺度受到了约束[6]；
③二维，就如超薄膜、超晶格、多层纳米结构等，在空间之中唯有一维在纳米尺度受到了约束[7]。
因为这些单元具备量子性质，所以对零维也叫做量子点、一维也叫做量子线、二维也叫做量子阱[8]。
如何用化学技术措施在纳米尺度下对物质的尺寸和物质的维度进行调控以及控制其构成，进而实现改变它的物理化学性质，就是纳米化学的问题所在[9]。
羟基氧化物是由氧离子（O2-）、氢氧根离子（OH-）与某金属离子组成的化合物，也是氢氧化物转化为氧化物过程当中部分脱水的中间产物[10]。
大量羟基的存在羟基氧化物的表面与外界分子易于结合的独特结构，比表面积也较大，其作为载体能大幅提高负载功能单元的分散性，增加其反应活性位点，本身具备一些优点，如对某些分子优良的催化活性，有优良的亲水性、孔结构等[11]。
为了在目前的条件下寻找合适的反应条件．操作简易容易，适用范围广的制备新方法，对其合成方法进行研究尤为重要[12-14]。
本文的研究对象主要为钴的羟基氧化物。
单就钴本身的性质，纯的钴是很标准的金属色（银白色），质地较硬，拥有不错的延展性，铁的硬度以及延展性都比钴要差，但是钴的磁性却没有铁好，不过钴是能增加铁的磁性的唯一元素。
钴与钐（Sm）,镍（Ni）、铝（Al）等共熔能够得到磁性非常好的合金钢。
钴的合金在高温下仍能保持其原有的强度和其他有价值的性质。
钴属于磁性物质，它拥有所有的金属与合金中最高的居里点，高达1121摄氏度[15-16]。
球形钴粉末
钴的氧化物有三种：
氧化亚钴（CoO）、四氧化三钴（Co3O4）和氧化钴（Co2O3）[17]。
氧化钴（Co2O3）是钴的高价氧化物，它是一种黑色无定形粉末，加热时会生成四氧化三钴（Co3O4）[18]。
氧化钴（Co2O3）是一种不稳定，也不可能呈游离状态的化合物。
通常所指的氧化钴实际上仍含有一定数量的四氧化三钴（Co3O4）[13]。
氧化钴（Co2O3）只有呈水化状态时才稳定，而这类水化物在265℃下会脱水转变成中间氧化物四氧化三钴（Co3O4）[19]。
氧化钴（Co2O3）在125℃下可被氢气（H2）还原成四氧化三钴（Co3O4），在200℃时被还原为氧化亚钴（CoO），在250℃时则被还原为金属钴[20]。
氧化钴
氧化亚钴
四氧化三钴
钴的氢氧化物Co（OH）2玫瑰红色单斜或四方晶系结晶体。
溶于酸及铵盐溶液，不溶于水和碱。
与一些有机酸反应生成相应的钴肥皂。
它在空气中会被氧化为棕色Co（OH）3[21]。
Co（OH）2化工生产中用于制造钴盐，含钴催化剂及电解法生产H2O2分解剂[22]。
涂料工业用作油漆催干剂。
玻搪工业用作着色剂等。
Co（OH）2的合成方法主要有两种：
⑴合成法：
将金属钴或含钴废料与盐酸反应生成氯化钴，再与NaOH反应，
经沉淀、漂洗干燥而得。
⑵电解法：
以钴为阳极，电解食盐溶液而得[23]。
氢氧化钴
1.2羟基氧化钴的发展现状
就本文研究的对象CoOOH的合成方法而言，如2001年朱迎春，李洪亮，YuriKoltypin和AharonGedanken利用声波降解法制备纳米钴氢氧化物。
该方法通过混合去离子水和无水乙醇制备，在常温下，使用醋酸。
选用钛角直接浸入式高强度超声辐射（超音速的材料），并向反应溶液中滴加NaOH溶液处理反应溶液，通过离心分离产物[24]。
2007年竹彦佐佐木和杨金虎利用气泡模板合成CoOOH层级结构空心球，使用N-二甲基甲酰胺（DMF），乙腈（MeCN），以及蒸馏水用1∶1∶1的体积比的水在聚四氟乙烯高压釜中制备，然后在搅拌下加入氯化十六烷基三甲基氯化铵（CTAC），产生均匀的粉红色溶液，再加入H2O2），将反应溶液放在烤箱中反应，获得CoOOH[25]。
1984年的Johnd.Hem,Charlese.RobersonandCarol.J.Lind使用直接低温沉积结晶的方法制得CoOOH[26]。
2003年由F.Barde,M.-R.Palacin,B.Beaudoin,A.Delahaye-Vidal还
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