题目：钴化合物微纳米材料的合成与性能研究

钴化合物微纳米材料由于具有优异的电学、磁学、催化等特性，在锂离子电池、电容器、磁流体、气敏和催化剂等诸多领域有着广泛的应用前景。发展钴化合物微纳米材料的控制合成方法、探索其生长机制、深入研究其结构形貌与性能之间的关联具有重要的意义。本论文就模板法和液相法调控合成钴化合物微纳米材料进行研究，探讨了钴化合物微纳米材料的结构、形貌和性质之间的关联，构建了溶胶凝胶和烧结结合合成高c轴取向LiCoO2微米结构的新方法，以及低温无表面活性剂体系合成玫瑰花结构β-Co(OH)2微纳米结构的新方法。以SBA-15为硬模板的方法合成了纳米线Co3O4，并对纳米线Co3O4进行了磁学性质的研究，结果显示了Co3O4纳米线的反铁磁性本质，温度为5 K时的磁滞回线揭示了～130 Oe的矫顽力，说明其宏观性质显示为顺磁性。并首次对纳米线Co3O4的气敏性能进行了研究，最高灵敏度可达5.1。此外以合成的纳米线Co3O4为牺牲模板合成了纳米线LiCoO2，探讨了合成温度对纳米晶LiCoO2形貌的影响。以KIT-6为硬模板的方法合成了三维介孔Co3O4，这种结构不仅具有较大的比表面积，提供更多的脱嵌锂活性位点，同时多孔结构有利于锂离子的扩散以及缓解体积膨胀，因而用于锂离子电池负极材料取得了较高的容量和循环性能，在178 mA•g-1的充放电电流下，经过100次循环后依然能保持900 mAh•g-1的容量。并首次研究了其气敏性能，最高灵敏度可达6.2。此外，以合成的介孔Co3O4为牺牲模板合成了介孔LiCoO2，这种牺牲模板方法为纳米结构的复合锂离子电池正极材料的研究提供了新的方法。采用简单的间苯二酚-甲醛溶胶凝胶和煅烧相结合的方法，成功合成了高c轴取向的微米结构的锂离子电池正极材料LiCoO2，从结构和动力学角度探讨了该高取向LiCoO2的形成机理。作为锂离子电池正极材料，高c轴取向的LiCoO2显示了高的容量和好的循环性能，在178 mA•g-1的充放电电流下循环100次后仍然能保持95 mAh•g-1的容量。通过X射线精细结构（XAFS）揭示了其结构与性能的关系。通过研究发现高c轴取向LiCoO2具有稳定的晶体结构，这正是其具有很好循环性能的主要原因。这种材料的合成为其它锂离子电池正极材料的研究提供了新的思路。在水与乙醇的混合溶液中，通过氢键联接的层接层组装构造了结构新颖的玫瑰花结构的微纳米结构β-Co(OH)2，实现了产物花瓣大小的可调。电化学测试表明，此新颖微纳米结构具有电化学存储特性，为钴基电池提供了电极材料的可能。对玫瑰花结构β-Co(OH)2膜的表面浸润性进行了研究，结果发现由玫瑰花结构β-Co(OH)2组成的膜接触角为158.5±1.2°是超疏水表面，并且水滴在表面上任何角度都不会滚落下来，说明了具有高粘附性。如此高粘附超疏水的表面在基础研究和实际应用中都是非常重要的。最后，利用热分解模板法将玫瑰花Co(OH)2成功转化成了玫瑰花Co3O4单晶，验证了此类方法合成同形貌氧化物的可能性。同时，在2-18 GHz频率范围内，对玫瑰花结构Co3O4的介电性质进行了研究。