氧化鐵與鐵多級納米結構粒子的可控合成研究.pdf

1、多級納米結構材料由于其結構獨特而有可能孕育著奇異的物理化學性能,在光電子器件、藥物輸運、活性物質封裝、離子嵌插、表面官能化、納米反應器、催化劑載體及尺寸選擇性反應等方面具有很大的應用潛力。其合成方法包括傳統(tǒng)的模板法和新發(fā)展起來的一些基于Ostwald熟化、Kirkendall效應、定向聚集等機理的合成方法。為此,本論文著力通過軟模板法、納米粒子自組裝、Ostwald熟化、定向聚集等過程來合成氧化鐵和鐵的多級納米結構粒子,并對它們進行了結

2、構表征和性質研究。
　　 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、反應溫度等因素對α-Fe2O3粒子的形貌結構有重要影響,其形成機理中包含了一個定向聚集和一個外延生長過程。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。氮氣吸附/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+離子與過量NaBH4的快速還原反應制備鐵的體系中,加入可作為有機堿和螫合劑的乙二胺(EDA),可對反應速率進行適當調節(jié)

4、從而控制最終產物的形貌結構。通過該動力學控制過程,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反應的鐵試劑在60分鐘內

5、對羅丹明B(RhB)的降解率達77％。
　　 用高濃度Fe2+離子、過量NaBH4及高濃度EDA的水溶液50℃下密閉反應制備了枝化納米纖維空心鐵微球。研究表明,由于EDA的強堿性和螫合作用,還原反應較慢而首先生成一次鐵納米粒子的緊密自組裝微球。在反應后期存在一個絡合劑輔助的Ostwald熟化過程,EDA通過它鐵之間存在絡合電離平衡,將鐵從球心轉移到表面,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反應的鐵試劑在60分鐘內對羅丹明B(RhB)的降解率為55％。
　　 以Fe2+離子和EDA形成的絡離子[Fe(EDA)3]2+作鐵源,在水-乙醇混合溶劑中與過量NaBH4進行還原反應。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