鐵基納米復(fù)合材料的制備及其性能研究.pdf

1、氧化鐵作為一種重要的n型半導(dǎo)體材料，其價格低廉、環(huán)境污染小、穩(wěn)定性強(qiáng)，在催化、氣體傳感、磁性材料等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。由于科技水平的不斷發(fā)展以及人們生活水平的不斷提高，使得傳統(tǒng)意義上的氧化鐵材料已經(jīng)不能滿足使用要求。通過將氧化鐵與另一種無機(jī)材料組合，得到氧化鐵基復(fù)合材料，使其同時具備氧化鐵和無機(jī)材料的性能，得到比原氧化鐵更優(yōu)異的性能。所以，鐵氧化物及其復(fù)合材料的制備及性能研究，對于材料的發(fā)展及應(yīng)用是非常重要的。
　　本論文主要研究

2、了α-Fe2O3及其復(fù)合材料的制備，并通過各種測試儀器和方法對其形貌、結(jié)構(gòu)以及性能進(jìn)行了研究。主要研究內(nèi)容如下:
　　1.α-Fe2O3多孔球的制備及其性能研究
　　利用尿素作為結(jié)構(gòu)調(diào)控劑，通過簡單、綠色的一步水解反應(yīng)制備了一維β-FeOOH納米棒。通過X射線衍射儀(XRD)、掃描電子顯微鏡(SEM)和透射電子顯微鏡(TEM)對其進(jìn)行表征，結(jié)果顯示合成的材料是由長度為100-150nm，直徑為20-25 nm的規(guī)則排列的納米

3、棒組成的。在700℃條件下煅燒此β-FeOOH納米棒，得到了具有多孔結(jié)構(gòu)的α-Fe2O3微球。通過測試該材料的氣敏性能，發(fā)現(xiàn)多孔α-Fe2O3球?qū)σ掖季哂辛己玫倪x擇性和靈敏度，這要?dú)w功于這種獨(dú)特的多孔結(jié)構(gòu)能夠有效地縮短氣體的擴(kuò)散距離并為氣體提供許多自由孔道和活性表面。
　　2.空心核殼結(jié)構(gòu)α-Fe2O3微球的制備及其性能研究
　　在沒有使用任何模板的情況下，通過水熱法成功制備了空心核殼結(jié)構(gòu)的α-Fe2O3微球。通過X射線衍射

4、儀、掃描電子顯微鏡和透射電子顯微鏡對樣品的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征分析，發(fā)現(xiàn)此合成材料具有獨(dú)特的核殼結(jié)構(gòu)，同時內(nèi)核的表面具有許多孔洞。通過改變實(shí)驗(yàn)參數(shù)，研究了不同反應(yīng)條件對樣品形貌結(jié)構(gòu)的影響，并提出了可能的反應(yīng)機(jī)理。作為鋰離子電池陽極材料，空心核殼結(jié)構(gòu)的α-Fe2O3的初始放電容量很高，達(dá)到了1465mAhg-1，即使在60個循環(huán)之后其值仍然高達(dá)728mAh g-1。當(dāng)作為氣體傳感器材料使用時，空心核殼結(jié)構(gòu)的α-Fe2O3對NO2表現(xiàn)出很高的靈敏

5、度。
　　3.單分散α-Fe2O3/GO納米復(fù)合材料的制備及其性能研究
　　在水和乙醇的混合體系中，通過一步水解沉淀反應(yīng)得到了單分散的α-Fe2O3/GO納米復(fù)合材料。通過X射線衍射儀、拉曼光譜儀和透射電子顯微鏡對該復(fù)合材料進(jìn)行了表征，發(fā)現(xiàn)長度為20-30 nm，直徑為3-5 nm的α-Fe2O3納米棒隨機(jī)附著在GO納米片層上。通過對比實(shí)驗(yàn)研究GO對產(chǎn)物形貌結(jié)構(gòu)的影響，發(fā)現(xiàn)在沒有GO的體系中，α-Fe2O3納米棒會高度取向形

6、成中空球。與純α-Fe2O3顆粒相比，α-Fe2O3/GO納米復(fù)合材料展現(xiàn)出在紫外光照射下對羅丹明B很好的光催化性能。
　　4.α-Fe2O3/TiO2復(fù)合材料的制備及其性能研究
　　在尿素的調(diào)控作用下，通過水熱合成方法成功制備了α-Fe2O3/TiO2復(fù)合材料。采用X射線衍射儀(XRD)和掃描電子顯微鏡(SEM)對該樣品進(jìn)行表征后發(fā)現(xiàn):這種復(fù)合材料具有特殊的球棒結(jié)構(gòu)，其成分是由α-Fe2O3和TiO2組成的，其中球的直徑在