Fe-,3-O-,4-及其結(jié)構(gòu)型復(fù)合粒子的合成與性能.pdf

1、通過綜述有關(guān)磁性納米材料的最新研究進(jìn)展，作者深刻認(rèn)識到，F(xiàn)e<,3>O<,4>雖然是一種歷史悠久的傳統(tǒng)材料，但作為磁性材料，其應(yīng)用領(lǐng)域有望進(jìn)一步拓寬，特別是在當(dāng)前材料科學(xué)發(fā)展的趨勢下，與Fe<,3>O<,4>有關(guān)的結(jié)構(gòu)型粒子制備與性能應(yīng)該大力深入。本文結(jié)合磁性材料應(yīng)用前景，以制備Fe<,3>O<,4>及其結(jié)構(gòu)型復(fù)合粒子為目的，尋求新型合成方法。作者的研究思路是，首先從典型水熱體系系統(tǒng)研究出發(fā)，詳細(xì)討論反應(yīng)條件與產(chǎn)物形貌關(guān)系，控制合成特色

2、結(jié)構(gòu)型Fe<,3>O<,4>，然后，探討一步法制備Fe<,3>O<,4>核殼型復(fù)合粒子：最后，借助于高分子模板的使用和消除，合成出具有特殊形貌和功能的Fe<,3>O<,4>結(jié)構(gòu)型復(fù)合粒子。主要內(nèi)容如下： 1.FeCl<,3>-Na<,2>CO<,3>-抗壞血酸水熱體系合成Fe<,3>O<,4>。以抗壞血酸輔助水熱體系為研究對象，詳細(xì)的研究了反應(yīng)參數(shù)和反應(yīng)產(chǎn)物的相互關(guān)系，控制性的合成出了多種形貌的(花生形、橢球形、棒狀或球形)Fe

3、CO<,3>微米顆粒，并對它們的生長機(jī)理進(jìn)行了初步探討；抗壞血酸在這個(gè)水熱過程中既起到了還原劑的作用又起到了形貌調(diào)控劑的作用，其可能是通過選擇性吸附特定晶面從而影響FeCO<,3>產(chǎn)物的形貌變化的；同時(shí)，首次提出了新型的密封熱分解氧化法以FeCO<,3>粒子作為前驅(qū)體成功的制備出具有花生形和橢球形的Fe<,3>O<,4>材料；在抗壞血酸輔助的水熱體系中，通過對實(shí)驗(yàn)條件的控制可以成功合成出粒徑在5.2nm左右的Fe<,3>O<,4>納米晶

4、；實(shí)驗(yàn)顯示體系中的抗壞血酸在反應(yīng)中不僅起到了還原劑的作用，其反應(yīng)后的氧化態(tài)產(chǎn)物在納米粒子表面通過羰基配位形成了一個(gè)吸附層。這層吸附層不但使Fe<,3>O<,4>納米粒了具有很好的分散性，同時(shí)也提高了這些納米粒了在水溶液中形成的膠體材料的穩(wěn)定性；這些Fe<,3>O<,4>納米晶在室溫下顯示超順磁性，具有很強(qiáng)的水溶性，在水溶液中均勻分散，靜置一年都不沉降。 2.一步法合成Fe<,3>O<,4>@C復(fù)合粒子。以葡萄糖炭化水熱體系為研究

5、對象，合成具有核殼結(jié)構(gòu)的磁性碳材料。首先，以原位水熱炭化法制備出具有核殼結(jié)構(gòu)的Fe<,3>O<,4>@C復(fù)合粒子；其次，改變反應(yīng)條件，合成出具有良好分散性的Fe<,3>O<,4>/Fe<,2>O<,3>@C核殼型復(fù)合粒子，利用氫氣還原法制備出具有多孔結(jié)構(gòu)的Fe<,3>O<,4>/Fe@C復(fù)合粒子；最后，在此體系中還可以制備出具有超順磁性的Fe<,3>O<,4>@C復(fù)合材料，這些磁性碳復(fù)合材料可以直接用作貴金屬催化劑的載體，合成出的Fe<

6、,3>O<,4>/C/Pd催化劑對Suzuki反應(yīng)有較好的循環(huán)催化能力，通過五次循環(huán)以后催化劑仍然保持了95％的催化能力。 3.將原位表面聚合和氫氣還原相結(jié)合，制備出新型的具有核殼結(jié)構(gòu)的橢球形Fe<,3>O<,4>@C復(fù)合粒子。首先，采用模板法路線以回流法修飾的a-Fe<,2>O<,3>作為模板粒子原位表面聚合制備出具有橢球形形貌的Fe<,2>O<,3>@PPy核殼型復(fù)合粒子，并選擇性的控制產(chǎn)物的殼層厚度。以Fe<,2>O<,3

7、>@ppy復(fù)合橢球作為前驅(qū)體在氫氣還原條件下控制性的制備出磁性的核殼型Fe<,3>O<,4>@C和Fe@C復(fù)合橢球。同時(shí)，這些Fc<,2>O<,3>@PPy復(fù)合橢球可以轉(zhuǎn)變成橢球形FPy空心膠囊和Carbon空心膠囊。 4.通過模板法路線首次合成出同時(shí)具有磁性和光催化性能的Fe<,2>O<,4>/TiO<,2>空心球。首先，采用乳液合成獲得平均粒徑為270nm的單分散PSA微球，這些微球表面擁有大量的-COOH功能基團(tuán)；由于后者與Fe<

8、'3->之間具有較強(qiáng)的配位能力，因此能成功地將超順磁性的Fe<,3>O<,4>納米粒子沉積到PSA微球表面，完成其磁性功能化；可以充分利用PSA小球疏松的高分子結(jié)構(gòu)以及豐富的表面功能團(tuán)對Fe<,3>O<,4>修飾過的PSA小球進(jìn)行溶漲和原位沉積，實(shí)現(xiàn)在PSA@Fe<,3>O<,4>復(fù)合微球表面進(jìn)行的二次包裹，合成出具有明顯核殼結(jié)構(gòu)的復(fù)合球體材料。該方法可以用來合成其它元素的核殼型復(fù)合結(jié)構(gòu)；從PSA@Fe<,3>O<,4>/Ti(OH)<

9、,x>復(fù)合微球出發(fā)，可以通過溶劑法除去核殼型復(fù)合結(jié)構(gòu)的高分子內(nèi)核，制備出Fe<,3>O<,4>/Ti(OH)<,x>復(fù)合空心球。對該空心球體進(jìn)行醇熱處理可以制備出晶粒組成比較小的Fe<,3>O<,4>/TiO<,2>復(fù)合空心球，這種方法有效地避免了高溫處理法導(dǎo)致的晶粒長大和晶相混亂的難題；本路線合成出的Fe<,3>O<,4>/TiO<,2>復(fù)合空心球具有較強(qiáng)的光催化性能。同時(shí)，本催化劑具有磁分離功能，在溶液體系中可以通過外加磁場進(jìn)行液相