Наночастица оксида кобальта
| Часть серии статей о |
| Наноматериалы |
|---|
 |
| Углеродные нанотрубки |
| Фуллерены |
| Другие наночастицы |
| Наноструктурированные материалы |
В материалов и электрических батарей исследованиях наночастицы оксида кобальта обычно относятся к частицам оксида кобальта (II, III) Co.
33О
4 нанометрового размера, различной формы и кристаллической структуры.
Наночастицы оксида кобальта могут найти применение в литий-ионных батареях. [1] [2] и электронные датчики газа . [3] [4]
Приложения
[ редактировать ]Литий-ионный аккумулятор
[ редактировать ]Катоды литий-ионных аккумуляторов часто изготавливаются из литированных оксидов кобальта , никеля или марганца, которые могут легко и обратимо включать ионы лития в свою молекулярную структуру. Наноматериалы оксида кобальта, такие как нанотрубки , [1] обеспечивают высокое соотношение поверхности к объему и короткую длину пути для транспорта катионов лития , что обеспечивает возможность быстрой зарядки. Однако емкость, кулоновая эффективность и срок службы могут пострадать из-за чрезмерного образования SEI. Нанонити могут включать в себя и другие вещества, например, дифенилаланин . [5]
Частицы оксида кобальта могут быть закреплены на таких подложках, как графен, чтобы улучшить размерную стабильность анода и предотвратить агрегацию частиц во время процессов зарядки и разрядки лития. [2]
Датчик газа
[ редактировать ]Полые наносферы оксида кобальта исследовались в качестве материалов для электродов газовых сенсоров , для обнаружения толуола, ацетона и других органических паров. [3]
Наночастицы оксида кобальта, закрепленные на одностенных углеродных нанотрубках, были исследованы для обнаружения оксидов азота NO.
х и водород . В этом приложении используется реакционная способность между газом и оксидом, а также электрическое соединение с подложкой (оба являются полупроводниками p-типа ). Оксиды азота реагируют с оксидом как акцепторы электронов , снижая сопротивление электрода; тогда как водород действует как донор электронов , увеличивая сопротивление. [4]
Лекарство
[ редактировать ]Было обнаружено, что наночастицы оксида кобальта легко проникают в клетки , и это свойство предположительно может привести к их применению в гипертермическом лечении, генной терапии и доставке лекарств. Однако их токсичность является препятствием, которое необходимо преодолеть. [6]
Синтез
[ редактировать ]гидротермальный
[ редактировать ]Оксид кобальта часто получают гидротермальным синтезом в автоклаве. [7]
Однореакторный гидротермальный синтез полых сфер оксидов металлов начинается с растворения углеводов и солей металлов в воде при температуре 100-200 °С. В результате реакции образуются углеродные сферы с ионами металлов, интегрированными в гидрофобную оболочку. Углеродные ядра удаляются путем прокаливания , оставляя полые сферы оксида металла. Площадью поверхности и толщиной оболочки можно манипулировать, варьируя концентрацию углеводов и солей металлов, а также температуру, давление и pH реакционной среды, а также катионы исходных солей. [8] Время выполнения процедуры варьируется от часов до дней. [9]
Недостатком этого подхода является меньший выход по сравнению с другими методами.
Термическое разложение
[ редактировать ]
Другим путем синтеза наночастиц оксида кобальта является термическое разложение металлоорганических соединений. Например, нагрев металло-саленового комплекса бис(салицилальдегид)этилендиминкобальт(II) («Ко-сален») на воздухе до 500 °С. [10] [11] Прекурсор Co-сален можно получить путем реакции тетрагидрата ацетата кобальта (II) в пропаноле при 50 ° C в атмосфере азота с саленовым лигандом (бис (салицилальдегид) этилендиимин). [11]
Из заякоренных предшественников
[ редактировать ]Композит оксид кобальта/графен синтезируется путем предварительного образования гидроксида кобальта (II) Co(OH).
2 на листе графена из соли кобальта(II) и гидроксида аммония NH
4 OH , который затем нагревают до 450°C в течение двух часов с получением оксида.
Безопасность
[ редактировать ]Как и большинство соединений кобальта, наночастицы оксида кобальта токсичны для человека, а также для водных организмов. [12] [13]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Перейти обратно: а б Ду Н, Чжан Х, Чен Б.Д., Ву Дж.Б., Ма XY, Лю Чж. и др. (17 декабря 2007 г.). «Пористые нанотрубки Co3O4, полученные из кластеров Co4 (CO) 12 на шаблонах углеродных нанотрубок: высокоэффективный материал для применения в литиевых батареях». Продвинутые материалы . 19 (24): 4505–4509. Бибкод : 2007AdM....19.4505D . дои : 10.1002/adma.200602513 . S2CID 55881828 .
- ^ Перейти обратно: а б Ву З.С., Жэнь В., Вэнь Л., Гао Л., Чжао Дж., Чэнь З. и др. (июнь 2010 г.). «Графен, закрепленный наночастицами co(3)o(4) в качестве анода литий-ионных батарей с повышенной обратимой емкостью и циклическими характеристиками». АСУ Нано . 4 (6): 3187–3194. дои : 10.1021/nn100740x . ПМИД 20455594 .
- ^ Перейти обратно: а б Пак Дж, Шен Икс, Ван Джи (март 2009 г.). «Сольвотермический синтез и газочувствительные характеристики полых наносфер Co3O4». Датчики и исполнительные механизмы B: Химические вещества . 136 (2): 494–498. дои : 10.1016/j.snb.2008.11.041 .
- ^ Перейти обратно: а б Ли В., Юнг Х., Хоа Н.Д., Ким Д., Хонг С.К., Ким Х. (сентябрь 2010 г.). «Нанокомпозит из нанокристаллов оксида кобальта и одностенных углеродных нанотрубок для применения в газовых сенсорах». Датчики и исполнительные механизмы B: Химические вещества . 150 (1): 160–166. дои : 10.1016/j.snb.2010.07.023 .
- ^ Рю Дж., Ким С.В., Кан К., Пак CB (январь 2010 г.). «Синтез гибридных нанопроволок дифенилаланина и оксида кобальта и их применение для хранения энергии». АСУ Нано . 4 (1): 159–164. дои : 10.1021/nn901156w . ПМИД 20000841 .
- ^ Папис Э., Росси Ф., Распанти М., Далле-Донн И., Коломбо Г., Милзани А. и др. (сентябрь 2009 г.). «Сконструированные наночастицы оксида кобальта легко проникают в клетки». Письма по токсикологии . 189 (3): 253–259. дои : 10.1016/j.toxlet.2009.06.851 . ПМИД 19539014 .
- ^ Уиттингем М.С. (апрель 1996 г.). «Гидротермальный синтез оксидов переходных металлов в мягких условиях». Современное мнение в области твердого тела и материаловедения . 1 (2): 227–232. Бибкод : 1996COSSM...1..227W . дои : 10.1016/S1359-0286(96)80089-1 .
- ^ Титиричи М.М., Антониетти М., Томас А. (август 2006 г.). «Обобщенный синтез полых сфер из оксидов металлов с использованием гидротермального подхода». Химия материалов . 18 (16): 3808–3812. дои : 10.1021/cm052768u .
- ^ Лу А.Х., Салабас Э.Л., Шют Ф. (12 февраля 2007 г.). «Магнитные наночастицы: синтез, защита, функционализация и применение». Ангеванде Хеми . 46 (8): 1222–1244. дои : 10.1002/anie.200602866 . ПМИД 17278160 .
- ^ Шарма Дж.К., Шривастава П., Сингх Г., Ахтар М.С., Амин С.Дж. (март 2015 г.). «Зеленый синтез наночастиц Co3O4 и их применение при термическом разложении перхлората аммония и сенсибилизированных красителем солнечных элементов». Материаловедение и инженерия: Б . 193 : 181–188. дои : 10.1016/j.mseb.2014.12.012 .
- ^ Перейти обратно: а б Салавати-Ниасари М, Хансари А (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 .
- ^ Дуань Дж., Кодали В.К., Гаффри М.Дж., Го Дж., Чу Р.К., Кэмп Д.Г. и др. (январь 2016 г.). «Количественное профилирование S-глутатионилирования белка выявляет окислительно-восстановительную регуляцию функции макрофагов во время окислительного стресса, индуцированного наночастицами» . АСУ Нано . 10 (1): 524–538. дои : 10.1021/acsnano.5b05524 . ПМЦ 4762218 . ПМИД 26700264 .
- ^ Токсикологический профиль CobalT (PDF) . Служба общественного здравоохранения, Агентство по регистрации токсичных веществ и заболеваний (Отчет). Министерство здравоохранения и социальных служб США. Апрель 2004 года.