氧化鐵與鐵多級(jí)納米結(jié)構(gòu)粒子的可控合成研究.pdf

1、多級(jí)納米結(jié)構(gòu)材料由于其結(jié)構(gòu)獨(dú)特而有可能孕育著奇異的物理化學(xué)性能,在光電子器件、藥物輸運(yùn)、活性物質(zhì)封裝、離子嵌插、表面官能化、納米反應(yīng)器、催化劑載體及尺寸選擇性反應(yīng)等方面具有很大的應(yīng)用潛力。其合成方法包括傳統(tǒng)的模板法和新發(fā)展起來(lái)的一些基于Ostwald熟化、Kirkendall效應(yīng)、定向聚集等機(jī)理的合成方法。為此,本論文著力通過(guò)軟模板法、納米粒子自組裝、Ostwald熟化、定向聚集等過(guò)程來(lái)合成氧化鐵和鐵的多級(jí)納米結(jié)構(gòu)粒子,并對(duì)它們進(jìn)行了結(jié)

2、構(gòu)表征和性質(zhì)研究。
　　 在分散劑CTAB的存在下,以FeSO4和尿素為原料用沉淀-氧化法合成了單晶α-Fe2O3星狀陣列粒子。尿素用量、反應(yīng)溫度等因素對(duì)α-Fe2O3粒子的形貌結(jié)構(gòu)有重要影響,其形成機(jī)理中包含了一個(gè)定向聚集和一個(gè)外延生長(zhǎng)過(guò)程。典型條件下所得單晶α-Fe2O3星狀陣列粒子表現(xiàn)出弱鐵磁性,室溫下其矯頑力和剩磁分別為156.08 Oe和0.569 emu/g。
　　 以陽(yáng)離子表面活性劑十六烷基三甲基溴化銨(C

3、TAB)為軟模板,分別以絡(luò)合陰離子[FeF6]3-,[Fe(C2O4)3]3-為鐵源,合成了介孔β-FeOOH和α-Fe2O3粒子。氮?dú)馕?脫附分析表明介孔β-FeOOH和α-Fe2O3粒子均在3～4 nm和20 nm出現(xiàn)兩個(gè)孔徑分布峰值,比表面積分別為164.4和102.0 m2/g。
　　 在高濃度Fe2+離子與過(guò)量NaBH4的快速還原反應(yīng)制備鐵的體系中,加入可作為有機(jī)堿和螫合劑的乙二胺(EDA),可對(duì)反應(yīng)速率進(jìn)行適當(dāng)調(diào)節(jié)

4、從而控制最終產(chǎn)物的形貌結(jié)構(gòu)。通過(guò)該動(dòng)力學(xué)控制過(guò)程,得到了由尺寸約9 nm的一次鐵納米粒子組裝的介孔鐵亞微米球(300～1000 nm)。所得典型樣品具有較大的比表面積(11.4 m2·g-1)和超順磁性,孔徑約4.2 nm。由所測(cè)該樣品的電磁參數(shù)模擬得到的微波反射損失曲線顯示,其在11.84 GHz出現(xiàn)反射峰值-11.79 Db,反射損失小于-8 Db的頻寬約7 GHz。在中性Ph下,該樣品作為超聲-Fenton反應(yīng)的鐵試劑在60分鐘內(nèi)

5、對(duì)羅丹明B(RhB)的降解率達(dá)77％。
　　 用高濃度Fe2+離子、過(guò)量NaBH4及高濃度EDA的水溶液50℃下密閉反應(yīng)制備了枝化納米纖維空心鐵微球。研究表明,由于EDA的強(qiáng)堿性和螫合作用,還原反應(yīng)較慢而首先生成一次鐵納米粒子的緊密自組裝微球。在反應(yīng)后期存在一個(gè)絡(luò)合劑輔助的Ostwald熟化過(guò)程,EDA通過(guò)它鐵之間存在絡(luò)合電離平衡,將鐵從球心轉(zhuǎn)移到表面,最終形成了枝化納米纖維空心鐵微球。在中性Ph下,典型枝化納米纖維空心鐵微球作

6、為超聲-Fenton反應(yīng)的鐵試劑在60分鐘內(nèi)對(duì)羅丹明B(RhB)的降解率為55％。
　　 以Fe2+離子和EDA形成的絡(luò)離子[Fe(EDA)3]2+作鐵源,在水-乙醇混合溶劑中與過(guò)量NaBH4進(jìn)行還原反應(yīng)。NaBH4除作還原劑外,其未溶固體表面還成為鐵多相形核與組裝的基底,在水洗除去NaBH4后得到鐵微米半球。在高EDA/FeII摩爾比和未溶NaBH4存在下,由于多相形核及EDA輔助的Ostwald熟化,形成了枝化納米纖維陣列鐵