鐵基氧化物三維多級(jí)微納結(jié)構(gòu)的制備與應(yīng)用研究.pdf

1、金屬氧化物納米材料由于其形狀的各向異性而具有優(yōu)異的物理化學(xué)性能,吸引科研工作者的廣泛關(guān)注。氧化鐵(Fe2O3和Fe3O4)納米材料因其價(jià)廉、無毒、性質(zhì)穩(wěn)定等物化特性,在氣體傳感、鋰離子電池、催化、污水處理等諸多領(lǐng)域得到應(yīng)用。本文在綜述氣體傳感和鋰離子電池及其材料研究進(jìn)展的基礎(chǔ)上,采用低溫液相化學(xué)法和水熱法分別制備了三維Fe2O3和Fe3O4/C納米材料,運(yùn)用XRD、SEM、TEM、BET和TGA等現(xiàn)代分析測(cè)試技術(shù)對(duì)合成材料的結(jié)構(gòu)和物理特

2、性進(jìn)行系統(tǒng)研究,并研究它們?cè)跉怏w傳感和鋰離子電池中的應(yīng)用。本論文的主要內(nèi)容歸納如下。
　　 在第2章,利用簡(jiǎn)單的低溫液相化學(xué)反應(yīng)合成形貌可控的三維α-FeOOH納米材料,并以其為前體經(jīng)退火處理制備花狀和海膽狀α-Fe2O3多孔納米材料。研究表明,三維α-FeOOH納米前體的形貌可以通過對(duì)實(shí)驗(yàn)條件,如反應(yīng)物濃度、溶劑成分、反應(yīng)時(shí)間和溫度的改變而進(jìn)行調(diào)控。結(jié)合時(shí)間梯度實(shí)驗(yàn),我們提出三維α-FeOOH納米前體形成的多階段生長(zhǎng)機(jī)理。這種

3、簡(jiǎn)單易行的方法給氧化鐵納米材料的可控合成提供了新的觀點(diǎn)的啟發(fā)。
　　 在第3章,用第2章中制備的海膽狀α-FeOOH為前體退火得到海膽狀的α-Fe2O3多孔納米材料。作為典型的n型半導(dǎo)體氣敏材料,它對(duì)H2S的檢測(cè)濃度低至1 ppm,響應(yīng)和恢復(fù)速度均少于10 s。有趣的是它在工作溫度變化時(shí)產(chǎn)生n-p轉(zhuǎn)換效應(yīng)和高溫下隨H2S濃度增加產(chǎn)生的p-n轉(zhuǎn)換效應(yīng)。我們認(rèn)為α-Fe2O3多孔納米材料因比表面積大而產(chǎn)生大量表面不穩(wěn)定的活性位點(diǎn),能

4、吸附更多的氧氣并離子化導(dǎo)致材料表面產(chǎn)生反型層。這有利于我們對(duì)α-Fe2O3氣敏機(jī)理的深入理解,給α-Fe2O3氣敏材料的改性提供依據(jù)。
　　 在第4章,以第2章中制備的海膽狀α-FeOOH納米材料為前體,以葡萄糖為炭源,用水熱法和惰性氣氛下退火得到海膽狀的Fe3O4/C多孔納米材料,這種微米/納米結(jié)構(gòu)有直徑約30-40 nm的納米棒組成。TEM表明納米棒表面多孔且具有一層均勻連續(xù)的無定形炭。將其作為鋰離子電池負(fù)極材料,0.1 C