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虽然普鲁士蓝类化合物早在17世纪就已经被发现，但是其气体吸附等性能到最近才被关注，并且这些性质主要集中在块体材料上，纳米尺度的普鲁士蓝类化合物和其他金属有机化合物的性质被研究得较少。材料的物理化学性能在很大程度上与其形貌和尺寸有关。因此，发展一种简单方法合成普鲁士蓝类化合物纳米材料，以发现新性能或改善已有的性能是很有价值的。本论文旨在探索简单的方法制备分子式为M3Ⅱ[Co(CN)6]2·nH2O的普鲁士蓝类化合物的纳米粒子，研究其气体吸附性能；并且用该普鲁士蓝类化合物的纳米粒子作为前驱物，在空气中加热分解制备金属氧化物及复合氧化物，利用气体的逃逸在材料中形成多孔结构；开展多孔纳米材料在锂离子电池负极材料和污水处理中的应用研究。
1.以金属盐和K3[Co(CN)6]为反应物，在室温液相体系中成功制备了M3Ⅱ[Co(ClN)6]2·nH2O(M=Mn,Co,Cd,Zn,Fe)纳米粒子。利用表面活性剂（聚乙烯吡咯烷酮和十二烷基苯磺酸钠）和溶剂（水和乙醇）的改变来调控粒子的生长习性，制备了立方块，截角立方块，八面体，球形等多种形貌的粒子。N2吸附显示纳米粒子的比表面积要稍小于块体材料的比表面积，这可能是因为部分表面活性剂残留在M3Ⅱ[Co(CN)6]2·nH2O的框架里。Mn3[Co(CN)6]2多孔纳米立方块的二氧化碳的吸附量为10.9％，要高于块体的二氧化碳吸附量(10％)。Cd3[Co(CN)6]2立方体和八面体的二氧化碳的吸附量分别53cm3g-1和38.5cm3g-1，氢气吸附量分别计算为1.3wt％和1.05wt％。CO3[Co(CN)6]2纳米粒子二氧化碳的吸附量为8.7％。虽然M3Ⅱ[Co(CN)6]2纳米粒子的比表面积稍微小一些，但是气体（二氧化碳，氢气）吸附性能却优于块体材料。这表明比表面积不是影响气体吸附性能的唯一因素，M3Ⅱ[Co(CN)6]2在纳米尺度更适合作气体吸附剂。的确，多孔框架结构（内表面和孔径）难以改变，但是减小粒子的尺寸将会有可能提高材料的气体吸附性能。正如我们所知，当材料粒子的尺寸减小到纳米尺度时，材料的化学，物理性质将会发生很大的变化。随着粒径的减小，纳米粒子的表面积和表面能也都迅速增加。这主要是因为粒径越小，处于表面的原子数越多。而表面原子的晶体场环境和结合能与内部原子的结合能等又不同。表面原子因为周围缺少相邻的原子，存在许多悬空键，而具有不饱和性质，很容易与其他原子相结合而稳定下来，因此表现出很大的化学和催化活性，能够有效的提高材料的表面吸附能力。另一方面，粒子变小后，气体分子进入内部孔洞的机会增加，对大块材料来说，虽然框架结构一样，但在吸附过程中气体分子可能仅仅存在孔洞口，这样会降低粒子内部孔道的利用率，从而削弱材料的吸附性能。此外，Mn3[Co(CN)6]2·nH2O纳米粒子在水溶液中对重金属离子也有很好的吸附性能，吸附效率可以到达94％。因为在室温下为顺磁性，所以可以用磁铁进行磁分离。
2.以合成的M3Ⅱ[Co(CN)6]2·nH2O(M=Mn,Co)纳米粒子作为前驱物，在空气中400℃加热分解，成功制备了具有多孔壳层的Co3O4纳米笼，MnxCo3-xO4泡沫状立方块。Co3O4纳米笼拥有较大的比表面积(66m2/g)、多孔壳层、尺寸小(60nm)和少量的碳等特殊结构和成份，因而能够很好的克服Co3O4作为锂离子电池负极材料的固有缺点，如容量衰减快等，表现出很高的容量和循环稳定性。在300mAg-1电流密度下，经过50次循环以后，容量保持在1465mAhg-1，高于文献报道的最好结果。MnxCo3-xO4泡沫状立方块也拥有较大的比表面积(129m2/g)和较小尺寸(200nm)，很好的克服了传统高温煅烧方法制备尖晶石材料的缺点，如颗粒大，比表面积小等。MnxCo3-xO4泡沫状立方块用作锂离子电池负极材料，也表现出较好的充放电性能，包括容量高，倍率放电性能好等。在200mAg-1电流密度下，经过30次循环以后，容量保持在733mAhg-1。Co3O4纳米笼和MnxCo3-xO4泡沫状立方块电池性能好的原因是：一方面因为较大的比表面积更有利于电解液和锂离子的进入，可以增大电解液和电极材料的接触面积，减小扩散的阻力，加速其扩散的速率；另一方面，多孔结构可以减小在锂离子嵌入和脱出过程中材料体积的变化，使晶格不容易坍塌，增强循环稳定性。
3.以合成的M3Ⅱ[Co(CN)6]2·nH2O(M=Zn，Fe)作为前驱物，在空气中加热分解，分别得到ZnO/Co3O4纳米复合材料和FexCo3-xO4多孔球。ZnO/Co3O4多孔纳米复合材料在室温下显示了铁磁性，矫顽力大约为230Oe。ZnO/Co3O4纳米复合材料在室温时呈现铁磁性有两种可能的解释：一种是由Co3O4纳米粒子的表面原子所引起的，即表面原子的电子自旋一轨道耦合导致纳米粒子内部的磁有序变化，另一种是钴原子对ZnO半导体的掺杂形成稀磁半导体，具体原因有待进一步研究。同时，FcxCo3-xO4多孔球具有较大的比表面积(81m2/g)，在水溶液中对染料分子刚果红有很好的吸附性能，吸附效率可达88.24％，可用于污水处理。此外，因为产物在室温下是铁磁性，所以很容易从水体系中分离。
4.用两步法成功制备了Mn2O3和CoMn2O4的具有分级结构的微球，该微球是由多孔纳米片组装成的。首先，用溶剂热方法，在乙二醇(EG)体系中，利用金属离子和-OH的配位作用，制备了Mn-EG和Mn-Co-EG微球。然后在空气中600℃煅烧3h分别形成Mn2O3和CoMn2O4微球。由于在煅烧过程中有二氧化碳等气体放出，所以微球具有多孔结构。同时，Mn2O3和CoMn2O4微球作为锂离子电池负极材料时，也表现出较好的充放电性能。Mn2O3微球在50mAg-1电流密度下，经过45次循环以后，容量保持在750mAhg-1。CoMn2O4微球在100mAg-1电流密度下，经过65次循环，容量保持在900mAhg-1。同时，倍率测试表明产物也具有快速充放电的潜在应用。产物优异的电池性能主要归因于下面二个原因：(1)纳米尺度的子单位即多孔纳米片不仅可以让电极反应进行的更为容易，而且可以使在电极材料表面可逆形成/溶解凝胶状的聚合物层，这二个因素对高容量均有贡献。(2)材料的多孔性和分解结构可以忍受在锂离子脱出/嵌入过程中，材料的体积的变化，缓和材料极化问题，增强循环稳定性。