Наночастица оксида кобальта - Cobalt oxide nanoparticle

В материалы и электрическая батарея исследование, наночастицы оксида кобальта обычно относится к частицам оксид кобальта (II, III) Co
3О
4 нанометрового размера, с различной формой и кристаллической структурой.

Наночастицы оксида кобальта имеют потенциальное применение в литий-ионные батареи[1][2] и электронная датчики газа.[3][4]

Приложения

Литий-ионный аккумулятор

В аноды из литий-ионные батареи часто состоят из оксидов кобальт, никель, или же утюг, которые могут легко и обратимо включать ионы лития в свою молекулярную структуру. Наночастицы оксида кобальта, такие как нанотрубки,[1] обеспечивают высокое отношение площади поверхности к объему и короткую длину пути для литий перенос катионов, что обеспечивает высокую обратимую емкость и длительный срок службы. Частицы могут включать другие вещества, например дифенилаланин Гибридные нанопроволоки / оксид кобальта.[5]

Оксид кобальта (Co3О4) наночастицы закреплены на одном листе графена.

Частицы оксида кобальта могут быть закреплены на таких подложках, как графен для улучшения размерной стабильности анода и предотвращения агрегации частиц во время процессов заряда и разряда лития.[2]

Датчик газа

Полые наносферы из оксида кобальта исследованы как материалы для датчик газа электроды для обнаружения толуола, ацетона и других органических паров.[3]

Наночастицы оксида кобальта закреплены на однослойной углеродные нанотрубки были исследованы на предмет обнаружения оксиды азота НЕТ
Икс и водород. В этом приложении используется реактивность между газом и оксидом, а также электрическое соединение с подложкой (оба являются полупроводники p-типа ). Оксиды азота реагируют с оксидом как акцепторы электронов, уменьшая сопротивление электрода; тогда как водород действует как донор электронов, увеличивая сопротивление.[4]

Лекарство

Наблюдалось, что наночастицы оксида кобальта легко проникают в клетки, свойство, которое предположительно может привести к применению в гипертермическом лечении, генной терапии и доставке лекарств. Однако их токсичность - препятствие, которое необходимо преодолеть.[6]

Синтез

Гидротермальный

Оксид кобальта часто получают гидротермальный синтез в автоклаве.[7]

Один горшок гидротермальный синтез полых сфер оксидов металлов начинается с растворения углеводов и солей металлов в воде при 100-200 ° C. В результате реакции образуются углеродные сферы с ионами металлов, интегрированными в гидрофобную оболочку. Углеродные ядра удаляются прокаливание, оставляя полые сферы оксида металла. Площадь поверхности и толщину оболочки можно регулировать, изменяя концентрацию углеводов и солей металлов, а также температуру, давление и pH реакционной среды и катионов исходных солей.[8] Время завершения процедуры варьируется от часов до дней.[9]

Гидротермальный синтез полой сферы из оксида кобальта.

Недостатком такого подхода является меньшая доходность по сравнению с другими методами.

Термическое разложение

ПЭМ-изображение (справа) наночастиц оксида кобальта, полученных термическим разложением металлоорганического прекурсора Ко-сален (слева).

Еще один путь к синтезу наночастиц оксида кобальта - это термическое разложение металлоорганических соединений. Например, нагрев металлический саленовый комплекс бис (салицилальдегид) этилендииминкобальт (II) («Ко-сален») на воздухе до 500 ° С.[10][11] Предшественник Ко-сален может быть получен путем реакции тетрагидрат ацетата кобальта (II) в пропанол при 50 ° C в атмосфере азота с сален-лиганд (бис (салицилальдегид) этилендиимин).[11]

Из закрепленных прекурсоров

Композит оксид кобальта / графен синтезируется путем предварительного формирования гидроксид кобальта (II) Со (ОН)
2 на листе графена из соли кобальта (II) и гидроксид аммония NH
4ОЙ, который затем нагревают до 450 ° C в течение двух часов, чтобы получить оксид.

Безопасность

Как и большинство реактивных соединений кобальта, наночастицы оксида кобальта токсичны для людей, а также для водных организмов.

Рекомендации

  1. ^ а б Du, N .; Zhang, H .; Chen, B.D .; Wu, J. B .; Ma, X. Y .; Liu, Z. H .; Zhang, Y. Q .; Ян, Д. Р .; Хуанг, X. H .; Ту, Дж. П. (17 декабря 2007 г.). «Пористые нанотрубки Co3O4, полученные из кластеров Co4 (CO) 12 на шаблонах углеродных нанотрубок: высокоэффективный материал для литиевых батарей». Современные материалы. 19 (24): 4505–4509. Дои:10.1002 / adma.200602513.
  2. ^ а б У, Чжун-Шуай; Рен, Вэньцай; Вэнь, Лэй; Гао, Либо; Чжао, Цзиньпин; Чен, Цзунпин; Чжоу, Гуанминь; Ли, Фэн; Ченг, Хуэй-Мин (22 июня 2010 г.). «Графен, закрепленный наночастицами CoO в качестве анода литий-ионных аккумуляторов с увеличенной обратимой емкостью и циклическими характеристиками». САУ Нано. 4 (6): 3187–3194. Дои:10.1021 / nn100740x.
  3. ^ а б Пак, Джинсу; Шэнь, Сяопин; Ван, Госю (март 2009 г.). «Сольвотермический синтез и газоанализатор полых наносфер Co3O4». Датчики и исполнительные механизмы B: химические. 136 (2): 494–498. Дои:10.1016 / j.snb.2008.11.041.
  4. ^ а б Ли, Вэй; Юнг, Хёк; Хоа, Нгуен Дык; Ким, Доджин; Хун, Сун-Ку; Ким, Хёджин (сентябрь 2010 г.). «Нанокомпозит нанокристаллов оксида кобальта и однослойных углеродных нанотрубок для газового сенсора». Датчики и исполнительные механизмы B: химические. 150 (1): 160–166. Дои:10.1016 / j.snb.2010.07.023.
  5. ^ Рю, Юнгки; Ким, Сон Ук; Канг, Кисук; Парк, Чан Беум (26 января 2010 г.). «Синтез гибридных нанопроволок дифенилаланин / оксид кобальта и их применение для хранения энергии». САУ Нано. 4 (1): 159–164. Дои:10.1021 / nn901156w.
  6. ^ Папис, Елена; Росси, Федерика; Распанти, Марио; Далле-Донн, Изабелла; Коломбо, Грациано; Милзани, Альдо; Бернардини, Джованни; Горнати, Розальба (сентябрь 2009 г.). «Разработанные наночастицы оксида кобальта легко проникают в клетки». Письма токсикологии. 189 (3): 253–259. Дои:10.1016 / j.toxlet.2009.06.851.
  7. ^ Уиттингем, М. Стэнли (апрель 1996 г.). «Гидротермальный синтез оксидов переходных металлов в мягких условиях». Современное мнение в области твердого тела и материаловедения. 1 (2): 227–232. Дои:10.1016 / S1359-0286 (96) 80089-1.
  8. ^ Титиричи, Мария-Магдалена; Антониетти, Маркус; Томас, Арне (август 2006 г.). «Обобщенный синтез полых сфер из оксидов металлов с использованием гидротермального подхода». Химия материалов. 18 (16): 3808–3812. Дои:10,1021 / см 052768u.
  9. ^ Лу, Ань-Хуэй; Salabas, E.L .; Шют, Ферди (12 февраля 2007 г.). «Магнитные наночастицы: синтез, защита, функционализация и применение». Angewandte Chemie International Edition. 46 (8): 1222–1244. Дои:10.1002 / anie.200602866. PMID  17278160.
  10. ^ Sharma, J.K .; Шривастава, Пратибха; Сингх, Гурдип; Ахтар, М. Шахир; Амин, С. (март 2015 г.). «Зеленый синтез наночастиц Co3O4 и их применение в термическом разложении перхлората аммония и сенсибилизированных красителями солнечных элементов». Материаловедение и инженерия: B. 193: 181–188. Дои:10.1016 / j.mseb.2014.12.012.
  11. ^ а б Салавати-Ниасари, Масуд; Хансари, Афсане (апрель 2014 г.). «Синтез и характеристика наночастиц Co3O4 простым методом». Comptes Rendus Chimie. 17 (4): 352–358. Дои:10.1016 / j.crci.2013.01.023.