Fe3O4-C復(fù)合材料的合成及其性能研究.pdf

1、作為重要的過渡金屬氧化物，鐵氧化合物(Fe3O4)由于其獨(dú)特的物理和化學(xué)性能，在能源和環(huán)境領(lǐng)域受到了廣泛的研究，被視為非常有前景的鋰離子電池電極材料和光催化劑的載體。但是，單純的Fe3O4作為鋰離子電池負(fù)極材料有放電容量低和循環(huán)性能差的缺點(diǎn)，大大阻礙了其實(shí)際應(yīng)用。本文圍繞不同形貌的Fe3O4/C復(fù)合物的合成及其鋰電性能研究展開工作。鑒于Fe3O4具有良好的磁性，因此將其應(yīng)用延伸到磁性可回收光催化領(lǐng)域。本文的研究內(nèi)容包括以下三個(gè)方面:

2、r>　　1.碳包覆Fe3O4多孔多殼層籠狀結(jié)構(gòu)的合成及其優(yōu)異的鋰離子儲存性能
　　在本章中，介紹了一種簡便的H3PO4蝕刻方法，在非水介質(zhì)（乙二醇）中制備具有不規(guī)則片狀結(jié)構(gòu)單元的多孔多層籠狀α-Fe2O3微球。首先，分級Fe5(PO4)4(OH)3·2H2O微球通過在檸檬酸鈉的存在下溫和的一步水熱反應(yīng)合成。然后將所制備Fe5(PO4)4(OH)3·2H2O微球用兩步熱處理過程轉(zhuǎn)化成FePO4/Fe2O3復(fù)合微球:通過在NH3氣氛中

3、600℃下加熱2h，然后在空氣中700℃加熱2h。微球的形貌在退火過程之后仍被保留。最終的多孔多層籠狀Fe2O3由從FePO4/Fe2O3復(fù)合微球在乙二醇(EG)溶劑中溫度為35℃條件下經(jīng)H3PO4蝕刻反應(yīng)1h得到。為了進(jìn)一步改善其電化學(xué)性能，在得到的多孔多層籠狀Fe2O3包覆一層薄的碳層，并在N2氣氛500℃退火4h，這進(jìn)一步提高了材料的導(dǎo)電性和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。結(jié)果，所制備的多孔多層籠狀Fe3O4@C作為鋰離子電池負(fù)極材料大大提高了Li+

4、貯存性能，顯示了非常高的可逆放電容量，大約為1100mAh g-1，經(jīng)過50次充放電循環(huán)，仍然保持較高的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。這可能是由于多孔多殼層籠狀微球的獨(dú)特結(jié)構(gòu)以及碳層的存在造成其結(jié)構(gòu)上的柔韌性。
　　2.一步磁場誘導(dǎo)合成Fe3O4/C復(fù)合物微米棒及其增強(qiáng)的鋰離子儲存性能
　　這部分介紹了一種新穎的一步外磁場誘導(dǎo)的溶劑熱法合成1D Fe3O4/C復(fù)合物微米棒。在合成過程中，葡萄糖和乙二胺(EDA)的含量對于產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)的形成有很重

5、要的影響。在溶劑熱過程中，葡萄糖不僅作為碳源，而且在外磁場作用下，起到將Fe3O4納米顆粒粘結(jié)成1D Fe3O4/C微米棒起到關(guān)鍵作用。而EDA的含量對于得到尺寸均一的微米棒形貌起到關(guān)鍵作用。在反應(yīng)體系中，制備的1D Fe3O4/C復(fù)合物微米棒顯示了增強(qiáng)的電化學(xué)鋰離子儲存性能，在100次循環(huán)之后，仍能保持650mA g-1的放電容量。這一結(jié)果再次表明，電極材料的結(jié)構(gòu)對于鋰離子電池的電極材料性能有著非常重要的影響。值得注意的是，本文提供了

6、一種合成一維磁碳結(jié)構(gòu)微納米復(fù)合材料的新思路。
　　3.直接包覆ZnO納米晶體到1D Fe3O4/C復(fù)合物微米棒作為高效的可重復(fù)利用的水處理催化劑
　　在這部分，我們展示了一個(gè)簡單的兩步法直接在一維Fe3O4/C復(fù)合微米棒表面上包覆一層ZnO納米晶體，形成Fe3O4/C@ZnO核殼微米棒。首先，根據(jù)我們以前的工作，通過一步溶劑熱法成功地合成1D Fe3O4/C復(fù)合微米棒。然后，在較低溫度下(60℃)，通過改進(jìn)的水熱過程，一層均

7、勻的ZnO納米晶體簡單的包覆在1D Fe3O4/C復(fù)合微米棒的表面。重要的是，ZnO納米晶體的大小和涂層的厚度可以很容易地通過用不同濃度的Zn(Ac)2·2H2O水溶液來解決。進(jìn)一步研究表明，制備的核殼微米棒在可見光照射下，對于光敏化染料（剛果紅）的脫色反應(yīng)表現(xiàn)出增強(qiáng)的光催化活性。此外，這些磁性可分離光催化劑可以容易地被磁鐵回收，并且其催化效率幾乎沒有損失。我們相信，這一溫和的合成策略提供了一個(gè)通用且有效的方法合成一維磁性納米復(fù)合材料，