Fe-,3-O-,4--a-C核殼結(jié)構(gòu)復(fù)合納米線的合成、表征與應(yīng)用.pdf

1、本論文研究了二茂鐵(Fe(C<,5>H<,5>)<,2>)在超臨界二氧化碳(CO<,2>)體系中的分解行為。我們以2.00g二茂鐵和8.0g二氧化碳為原料，在400℃加熱800分鐘，成功制備了Fe<,3>O<,4>/a-C核殼結(jié)構(gòu)復(fù)合納米線，整個(gè)納米線的直徑約100nm，其中非晶碳納米管層厚度約30nm，連續(xù)填充在碳納米管中的Fe<,3>O<,4>納米線直徑約40nm；以0.25g二茂鐵和6.0g二氧化碳為原料，在450℃加手熱600分

2、鐘，成功制備了Fe<,3>O<,4>/a-C核殼結(jié)構(gòu)分叉復(fù)合納米線，納米線直徑約40nm，其中非晶碳納米管層厚度約6-7nm。這種分叉納米線可以在空間排列成規(guī)整的三維立體結(jié)構(gòu)。由于碳納米管的包裹保護(hù)作用，納米線中的Fe<,3>O<,4>在空氣中的穩(wěn)定性大為提高，這使得這種產(chǎn)物的用途比常規(guī)的Fe<,3>O<,4>納米材料使用范圍更為廣泛。通過改變反應(yīng)物的量、配比和反應(yīng)時(shí)長(zhǎng)等條件，可以在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)納米結(jié)構(gòu)的形貌、長(zhǎng)度和結(jié)晶程度。另外，這

3、種核殼結(jié)構(gòu)納米線中心的Fe<,3>O<,4>可以用酸溶去，從而獲得非晶碳納米管和分叉的非晶碳納米管。我們也探討了這種Fe<,3>O<,4>/a-C核殼結(jié)構(gòu)納米線的生長(zhǎng)機(jī)理。 在合成了Fe<,3>O<,4>/a-C核殼結(jié)構(gòu)納米線的基礎(chǔ)上，為了進(jìn)一步理解納米尺度下的化學(xué)反應(yīng)機(jī)理，我們研究了四氧化三鐵納米線在非晶碳納米管中的還原反應(yīng)。包裹在非晶碳納米管中的四氧化三鐵納米線在低于570℃的溫度下被還原為單質(zhì)鐵，而非晶碳納米管則在這個(gè)過程

4、晶化，最終的固體產(chǎn)物為包裹在碳納米管中的Fe納米粒子。對(duì)反應(yīng)的氣體產(chǎn)物的分析表明，雖然在非晶碳納米管中含有占質(zhì)量百分比5％的氫元素，并且氫可以在400℃時(shí)以H<,2>的形式釋放出來，但是它們并沒有參與到還原反應(yīng)中，起還原作用的是非晶碳管中的碳而不是氫。這與宏觀體系下Fe<,3>O<,4>可以在相當(dāng)?shù)偷臏囟认卤粴錃膺€原不同。研究顯示，H<,2>等氣體不容易穿過碳納米管反應(yīng)器的器壁從而參與反應(yīng)。這為研究局域體系下的化學(xué)反應(yīng)提供了信息，并對(duì)設(shè)