本文报道了液态进料火焰喷涂热解法(LF-F
SP)在合成一系列沿CoO_x–Al₂O₃连线的纳米粉末中的应用。此工艺是一种广泛适用于多种适度团聚氧化物纳米粉末的气溶胶燃烧合成路线。
文中所述材料通过
乙醇溶液中铝基前驱体[Al(OCH₂CH₂)₃N]和
钴基前驱体(由Co(NO₃)₂·6H₂O晶体与
丙酸反应制得)的气溶胶化实现制备。通过选择合适的前驱体比例,可调控产物纳米粉末的组成。沿CoO_x–Al₂O₃连线,共制备并研究了九种组成样品,其
化学式为(CoO)_y(Al₂O₃)^(1−y),其中y的取值范围为0−1。
所制备的纳米粉末经X射线荧光光谱、BET比表面积分析、扫描电子显微镜、高分辨率透射电子显微镜、X射线衍射(XRD)、热重分析(TGA)以及傅里叶红外光谱表征。粉末典型特征为:单晶颗粒直径小于40 nm,比表面积(S
SA)为20–60 m²/g。
XRD研究结果显示,随着Al₂O₃向Co₃O₄的转变,粉末衍射图谱呈现渐进式变化。在
化学计量比为21%和37%(未见于已发表的相图)的
铝酸钴自旋相被观察到,这一现象或与LF-F
SP工艺中微秒级别内逾千摄氏度的快速冷却有关,从而倾向于生成动力学而非热力学产物。同理,Co₃O₄而非CoO作为系线终产物,亦被归因于工艺条件的影响。
结合热重分析与漫反射傅里叶红外光谱研究,发现加工制备的纳米粉末表面主要存在物理吸附和
化学吸附
水。唯一例外的是Co₃O₄样品,其在约250°C时出现显著失重峰,证实表面存在
碳酸盐物种。高
钴含量样品与低
钴含量样品的热行为存在显著差异:后者与绝大多数LF-F
SP制备纳米粉末热行为类似,于1400°C范围内呈现典型的1%-4%失重率,主要归因于
水和CO₂的释放;而前者则呈现剧烈失重,此现象可归结于Co₃O₄向CoO的分解。