分級(jí)結(jié)構(gòu)α-Fe2O3之微結(jié)構(gòu)調(diào)控及性能.pdf

1、分級(jí)結(jié)構(gòu)是由低維納米材料組裝成的復(fù)雜高維度納米結(jié)構(gòu)。它不僅能抑制初級(jí)組裝單元的團(tuán)聚長大，保留納米材料高比表面積，同時(shí)還能構(gòu)筑發(fā)達(dá)的分級(jí)孔通道，有利于物種的擴(kuò)散傳質(zhì)，提高反應(yīng)速率，因而備受關(guān)注。赤鐵礦(α-Fe2O3)是鐵氧化物中最穩(wěn)定的一種結(jié)構(gòu)，作為重要的n型半導(dǎo)體材料，它的禁帶寬度約為2.3 e V，具有環(huán)境友好性且成本低的特點(diǎn)，應(yīng)用前景廣闊。分級(jí)結(jié)構(gòu)α-Fe2O3的制備和性能研究是當(dāng)前研究熱點(diǎn)，探索一種簡單、綠色的方法來制備α-Fe

2、2O3三維分級(jí)結(jié)構(gòu)，以提高結(jié)構(gòu)導(dǎo)向的多功能性能，如氣敏性能及光催化性能等，是一個(gè)很有意義的課題。
　　本研究利用低溫水浴法輔以檸檬酸鈉為表面活性劑制備出花狀微球，經(jīng)焙燒得到α-Fe2O3微球。為了探究分級(jí)結(jié)構(gòu)的生長機(jī)理，討論了反應(yīng)時(shí)間、檸檬酸鈉添加量及表面活性劑種類對產(chǎn)物形貌的影響。所制得的花狀α-Fe2O3微球?qū)Ρ哂辛己玫臍饷粜阅?，其最佳工作溫度?40oC，對100 ppm丙酮的靈敏度為15.9，響應(yīng)和恢復(fù)時(shí)間分別是13

3、s和39 s。而且該材料對低濃度丙酮也具有良好的氣敏性能，對低至1 pp m丙酮的靈敏度仍可達(dá)6.3?；瞀?Fe2O3微球還具有良好的光催化性能，在紫外光照射下對剛果紅的降解率為95％。優(yōu)異的氣敏性能和光催化性能主要得益于其分級(jí)結(jié)構(gòu)，不僅利于載流子的傳輸，而且在反應(yīng)過程中加快反應(yīng)物和產(chǎn)物的擴(kuò)散。
　　通過改變花狀α-Fe2O3微球前驅(qū)體的燒結(jié)溫度及水熱再處理，實(shí)現(xiàn)了對產(chǎn)物微結(jié)構(gòu)的調(diào)控。隨著燒結(jié)溫度的升高，樣品較緊實(shí)的花狀結(jié)構(gòu)變得

4、疏松，結(jié)晶度增大，構(gòu)筑單元納米片邊緣由較光滑表面變得粗糙，且在納米片上出現(xiàn)大量孔。600oC燒結(jié)后得到樣品對丙酮?dú)饷粜阅茏詈茫?40oC下對100 ppm丙酮的靈敏度為16.9，響應(yīng)時(shí)間和恢復(fù)時(shí)間分別是15 s和20 s。通過調(diào)節(jié) pH值對低溫水浴法得到的前驅(qū)體在95oC下進(jìn)行水熱再處理1h結(jié)果表明，在水介質(zhì)中處理后的樣品形貌及性能最好，與直接低溫水浴法制備出的前驅(qū)體相比更松散，納米片花瓣綻放，結(jié)構(gòu)更加開放，出現(xiàn)更多的孔道。所得樣品對

5、丙酮表現(xiàn)出良好的氣敏性能，在340oC下對100 ppm丙酮的靈敏度為30.3，響應(yīng)時(shí)間和恢復(fù)時(shí)間分別是：10 s和21 s。
　　通過水熱法制備了由納米小球構(gòu)筑而成的α-Fe2O3空心微球，并研究了反應(yīng)時(shí)間、反應(yīng)溫度、反應(yīng)介質(zhì)、尿素濃度對產(chǎn)物形貌的影響，探究了分級(jí)結(jié)構(gòu)的生長機(jī)理。丙酮和水構(gòu)成準(zhǔn)微乳液，可以調(diào)控成核過程，經(jīng)過奧斯特瓦爾德熟化和自組裝過程得到空心微球結(jié)構(gòu)。α-Fe2O3空心微球?qū)Ρ哂辛己玫臍饷粜阅埽?40oC下對