α-Fe2O3表面结构对NH3选择性催化还原NO活性的影响

通过水热法合成了两种具有不同形貌的α-Fe2O3纳米棒和纳米立方体,并探索了它们的中温NH3选择性催化还原(NH3-SCR)NO的活性.NH3-SCR测试表明α-Fe2O3纳米棒具有更高的催化活性.X射线粉末衍射(XRD)、场发射扫描电镜(FE-SEM)和高分辨透射电镜(HRTEM)结构分析表明:α-Fe2O3纳米棒暴露有高表面能的{110}活性面,而纳米立方体暴露的主要是低表面能的{012}晶面.H2程序升温还原(H2-TPR)和NO程序升温脱附(NO-TPD)结果证明纳米棒比纳米立方体具有更高的氧化还原性能.因此,α-Fe2O3纳米棒由于暴露高表面能的活性面具有比纳米立方体更高的NH3-SCR性能.     

基于溶液配位化学过程调控的中空单晶氧化铁纳米材料

本文简要综述了本课题组近年来在单晶氧化铁空心纳米结构制备与生长机理研究方面的相关工作.通过采用磷酸根与硫酸根的双阴离子调节,结合反应时间、反应温度等条件的改变,实现了对α-Fe2O3单晶空心纳米结构形貌、尺寸和表面结构的良好调控,并提出一种针对非层状结构纳米环/纳米管新颖生长机理,即"配位辅助的定向溶解机理".以所制备的α-Fe2O3为前驱体,采用气相还原方法,成功制备得到了系列单晶Fe3O4和γ-Fe2O3管状及环状纳米结构,并对单个Fe3O4纳米环的磁学行为进行了考察.     

水热法制备SnO2/α-Fe2O3纳米复合材料

用α-Fe2O3纳米粒子作为前驱物,以SnC l4和NaOH作为反应试剂,通过简单的水热法制备了SnO2/α-Fe2O3纳米复合材料。SnO2/α-Fe2O3纳米复合材料具有有趣的形貌:直径约为20nm的SnO2纳米棒以α-Fe2O3纳米粒子为中心向四周辐射生长。利用X-ray粉末衍射(XRD),透射电镜(TEM)和扫描电镜(SEM)等测试手段对样品的成份、结构、形貌和尺寸进行了表征,初步探讨了SnO2/α-Fe2O3纳米复合材料的形成机理。     

一步水热法合成三种形貌纳米α-Fe2O3的机理及磁性能研究（摘要）

纳米α-Fe2O3以其优良的生物相容性、环境友好性、稳定性、催化性、以及磁性被广泛的应用于生物医学、颜料、催化、传感以及半导体等领域.为了实现不同形貌纳米α-Fe2O3的工业化可控合成,我们采用一步水热法,通过控制体系的反应时间,依次制备出了纺锤体状、管状和轮胎状的α-Fe2O3纳米结构,并利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜和透射电子显微镜对产物进行了表征.体系中磷酸根离子在α-Fe2O3晶面上的特异性吸附是主导α-Fe2O3形貌演进的关键性因素.其作用主要体现在两个方面：一是使α-Fe2O3颗粒产生各向异性生长,形成纳米纺锤体;二是阻止某些晶面参与质子轰击反应,形成α-Fe2O3纳米管,进而促进体系中Fe4（PO4）3（OH）3相的形成与α-Fe2O3相的再结晶,最终形成轮胎状纳米结构.通过超导量子干涉仪对产物的磁性能表征,发现产物的不同形貌以及形状各项异性会对矫顽力、磁化强度以及低温磁性相变温度等磁学参量产生显著的影响.     

锂离子电池用α-Fe2O3-Ag复合纳米棒负极材料的制备及储锂性能

采用FeOOH纳米棒为前驱体,通过层层自组装法及随后的热处理过程制备出α-Fe2O3-Ag复合纳米棒.采用透射电子显微镜(TEM)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)和电化学性能测试对样品的形貌、结构及电化学性能进行了表征.结果表明,Ag纳米颗粒均匀地分布在α-Fe2O3纳米棒的表面.作为锂离子电池负极材料,α-Fe2O3-Ag复合纳米棒表现出了较好的循环性能和较高的比容量.180个循环后,其比容量高达549.8 mA.h/g.     

三维有序大孔α-Fe2O3的制备及电化学性能研究

通过聚苯乙烯(PS)胶晶模板法合成了三维有序大孔(3DOM) α-Fe2O3, 运用扫描电镜、热重分析、X射线衍射、电化学充放电等多种方法对其结构和性能进行了表征和研究. SEM表明PS 胶晶模板和3DOM α-Fe2O3呈周期性排列. 合成的3DOM α-Fe2O3为三维有序多孔网状结构, 具有球型和六边形的孔隙形貌, 其孔径大小约为(115±10) nm; 孔壁由α-Fe2O3纳米晶粒组成, 壁厚为20～30 nm. XRD图谱表明经过煅烧除去模板后, 形成了纯α-Fe2O3相. 当3DOM α-Fe2O3作为锂离子电池负极材料时, 首次放电充电容量分别高达1880和1130 mAh•g－1, 20次循环后可逆容量依然高达631 mAh•g－1, 库仑效率大于90%.     

介孔α-Fe2O3表面配合反应平衡常数测定

采用十二胺为模板剂、氨水做沉淀剂成功制备了介孔α-Fe2O3,通过粉末X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)、N2吸附/脱附技术对样品晶相、形貌和比表面积进行了表征.根据介孔α-Fe2O3悬浮液的酸碱滴定数据,使用FITEQL软件,采用双电层恒电容模型计算得出了介孔α-Fe2O3的表面酸碱反应平衡常数.在此基础上研究了Cu2+,Pb2+,Zn2+在介孔氧化铁表面的吸附行为,使用WinSGW软件模拟得出了相应的表面配合反应平衡常数并讨论了其吸附机理.     

γ′-Fe_4N纳米晶薄膜的磁性及热稳定性研究

采用直流磁控溅射方法,在Si(100)单晶衬底上获得了γ′-Fe4N纳米晶薄膜样品.将样品在真空中分别于300,400,500,600,700和800℃下进行热处理,利用XRD,SEM和VSM等测试手段对样品的结构、形貌和磁性进行表征.结果表明,热处理温度在300～500℃时,在γ′-Fe4N纳米晶粒的界面处形成了Fe8N包裹层,600℃时,Fe8N包裹层转变为α-Fe,当热处理温度≥700℃时,样品全部转变为α-Fe.γ′-Fe4N薄膜样品在600℃以下温度热处理可保持其主相γ′-Fe4N的结构稳定,而其软磁性能并未发生明显的减弱.     

醋酸钾溶液体系中α-Fe_2O_3纳米微球的离子液体辅助合成及气敏性能研究

以Fe Cl3·6H2O和CH3COOK为反应物,以离子液体1-丁基-3-甲基咪唑氯化物([Bmim]Cl)为结构导向剂和表面活性剂,采用水热合成法在150℃反应8 h制备出结晶度好、形貌规整,直径为10~30 nm的α-Fe2O3纳米微球.考察了[Bmim]Cl的添加量对氧化铁形貌和气敏性能的影响.气敏性能测试结果表明:当离子液体添加量为12 mmol时,α-Fe2O3纳米微球对乙醇的气敏性能最佳.在工作温度为300℃时,对50μL/L乙醇的灵敏度达到7.56,是不添加离子液体时制备的α-Fe2O3的5.6倍,在10~200μL/L的检测范围内灵敏度与浓度具有良好的线性关系(R=98.8%),并且具有良好的选择性和稳定性.本文还详细探讨了α-Fe2O3纳米微球对乙醇的敏感机理,以及工作温度对其气敏性能的影响.     

不同制备方法和反应条件对Fe_2O_3形貌和晶型转变的影响

研究了吸附相反应技术、浸渍法以及沉淀法制备Fe2O3的过程中,反应环境的变化对粒子形貌和晶型转变过程的影响。当吸附层是主要反应场所时,生成的粒子与SiO2表面以较强的化学键键合,焙烧过程中Fe2O3的晶型变化和粒子团聚被有效地抑制,焙烧后Fe2O3粒子维持稳定的γ-Fe2O3晶型和高分散的小粒子。而在乙醇体相中反应生成的粒子,仅通过物理作用与SiO2表面结合,不能有效抑制其向α-Fe2O3晶型的转变和粒子的团聚。吸附相反应制备过程中,当水量持续增加或者体系温度升高,反应环境逐渐从吸附层向乙醇体相中转变,SiO2对Fe2O3晶型转变的抑制作用减弱,从而导致样品中逐渐出现α-Fe2O3晶型。     

三种纳米片组装的α-4CaO·5B_2O_3·7H_2O纳米结构的可控制备、表征及其阻燃性能

以Ca(NO3)2·4H2O和Na2B4O7·10H2O为原料,水和乙醇为混合溶剂,在水热120℃条件下,可控制备了α-4CaO·5B2O3·7H2O纳米片以及由纳米片组装成的球形和蚕蛹状α-4CaO·5B2O3·7H2O纳米结构,通过X射线粉晶衍射(XRD)、X射线能谱分析(EDS)、红外光谱(FT-IR)和扫描电子显微镜(SEM)等手段对产物进行了表征.考察了反应温度、反应时间、溶剂及表面活性剂等条件对硼酸钙α-4CaO·5B2O3·7H2O形貌及尺寸的影响,提出了α-4CaO·5B2O3·7H2O纳米结构的可能形成机理.通过热分析法研究了三种不同形貌硼酸钙α-4CaO·5B2O3·7H2O样品的阻燃性能,结果表明其阻燃性能比非纳米样品好.     

α-Fe_2O_3纳米立方体和纳米棒组装空心微球的可控合成及其磁学性能

在0.15mol/LCl-和0.05mol/LSO42-的存在下,通过Fe3 溶液140℃水热反应12h分别得到α-Fe2O3纳米立方体和α-FeOOH纳米棒自组装的微球,将得到的α-FeOOH纳米棒自组装微球经600℃热处理2h后转化为α-Fe2O3纳米棒组装空心微球.利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、透射电子显微镜和红外光谱对所得产物进行表征和分析.结果表明,所制备的单分散的α-Fe2O3纳米立方体为六方单晶结构,其边长为500nm.直径为2~4.5μm的空心微球是由直径约150nm的α-Fe2O3纳米棒组装而成.研究了Cl-和SO42-在纳米立方体和空心微球形成过程中的作用,提出了可能的生长机理.在室温下测试了α-Fe2O3纳米立方体和α-Fe2O3纳米棒自组装微球的磁学特性,其矫顽力和剩余磁化强度分别为2858.3Oe(1Oe=79.58A/m)和0.195emu·g-1(1emu·g-1=15.7914×10-9A·m2·kg-1),218.87Oe和0.071emu·g-1.     

纳米化Fe2O3粉体的制备与表征

采用分析纯FeCl3·6H2O和NH3·H2O为主要原料,以均匀沉淀法制备了Fe2O3纳米粉体.通过X射线衍射(XRD)、红外光谱(IR)、扫描电子显微镜(SEM)及差热分析(DTA)等手段研究了热处理温度、分散剂、反应pH值对Fe2O3相变、结构、形貌及纳米属性的影响.结果表明:纳米化增大了Fe2O3的表面能,γ-Fe2O3转变为α-Fe2O3的温度仅为238.2 ℃,比常规粉体降低了约312 ℃;由于量子尺寸效应和表面效应,使用分散剂后α-Fe2O3纳米粉体的分散性、均匀性得到改善,粒径下降,Fe-O键伸缩及弯曲振动IR吸收频率发生蓝移;尤其是硬脂酸钠分散后α-Fe2O3的Fe-O伸缩、弯曲振动吸收频率分别蓝移11.57、10.93 cm-1;获得了液相均匀沉淀法制备Fe(OH)3纳米粉体的最佳工艺条件.     

不同方法掺杂Au对纳米α-Fe2O3气敏性能的影响

分别采用共沉淀法、浸渍法、紫外辐照法制备了掺杂不同Au含量的α-Fe2O3纳米粉体,并制作了旁热式厚膜型气敏元件.用XRD、TG-DTA和TEM技术对纳米晶的晶型、晶粒大小及形貌进行了表征.考察了掺杂方法、Au含量及焙烧温度对α-Fe2O3气敏性能的影响.结果表明,采用三种方法掺杂适量Au后,都使α-Fe2O3的气敏性有了显著提高,其中采用共沉淀法,在400℃焙烧的Au质量分数为1.5%的α-Fe2O3的气敏性最佳.     

掺铝铁饼状α-Fe2O3微粒的制备及性能

采用液相催化相转化法, 以Fe(III)与Al(III)的共沉淀为前驱物合成了铁饼状α-Fe2O3微粒, 探讨了各种因素如铝离子的掺杂浓度、反应温度以及催化剂Fe(II)离子用量等对合成铁饼状α-Fe2O3微粒的影响, 并对产物进行了X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、电子衍射(ED)、X射线光电子能谱(XPS)等表征, 研究了样品的热稳定性及磁性能. 结果表明: 初始pH值为9, nFe(II)/nFe(III)≤0.04, nAl/nFe(III)＝0.14、反应温度为100～140 ℃时, 可制备出铁饼状α-Fe2O3微粒. 尽管铝和铁均为三价且二者的氧化物均具有刚玉结构, 但因二者离子半径的差异而使α-Fe2O3晶胞参数因铝取代铁而减小, 其矫顽力和剩磁也因铝取代而发生变化. 电子衍射证明该方法合成的微粒为单晶粒子, 且具有较好的热稳定性.     

LaPO4∶Eu3+—Fe3O4光-磁复合材料的合成与性能研究

采用2步水热法合成了LaPO4∶Eu3+-Fe3O4复合材料.在LaPO4∶Eu3+-Fe3O4复合材料中,LaPO4∶Eu3+为单斜晶相,呈纳米棒状,纳米棒的直径和长度分别为20~100nm和0.2~1μm;Fe3O4为正交晶相、呈20~30nm的颗粒状,Fe3O4粒子紧紧附着在LaPO4∶Eu3+纳米棒的表面;样品的磁性和发光性质研究表明所合成的LaPO4∶Eu3+—Fe3O4复合材料既具有发光性质又具有磁性.     

前驱物热稳定性对氧化铁/氧化锡制备的影响

氧化铁纳米复合材料具有优越的磁学和催化性能,近年来在癌症诊断及治疗[1-3]、污染治理[4-6]、电磁屏蔽[7-8]等多个领域得到广泛研究.目前有许多研究集中于如何对复合材料的组成、结构和形貌进行设计合成,例如:利用机械球磨法将SnO2和α-Fe2O3粉体混合制备α-Fe2O3/SnO2 复合材料[9];通过共沉淀法将SnO2复合在α-Fe2O3 的表面[4];或者在Fe3O4表面复合一层C和相应的盐,然后通过煅烧制备Fe3O4/ZrO2和Fe3O4/TiO2微球[10-11].     

氧化铜纳米晶的合成及性能研究

通过水热方法,合成出CuO纳米片,类纳米花等纳米结构,X光衍射表明样品为单斜CuO,透射电镜和高分辨透射电镜表征了样品的形貌和尺寸,观察到CuO纳米晶是由小的晶粒聚集而成的多晶结构。同时讨论了实验中各实验参数在合成CuO纳米晶时所起的作用： KOH具有促进CuO结晶的作用;十六烷基三甲基溴化铵可以控制反应产物尺寸;柠檬酸钠能够影响纳米粒子的排布规则程度,从而进一步影响CuO纳米晶的形貌和尺寸。另外我们还研究了CuO纳米片的光学性能和氮气吸附性质。     

磁铁矿与赤铁矿型纳米晶的形貌和尺寸控制生长及其性能调变

通过采用水与醇的混合体系作溶剂,单分散的磁铁矿Fe3O4和赤铁矿α-Fe2O3纳米晶被成功获得,纳米晶的形貌和尺寸均能通过简单的方式得以调控.产物的结构通过X射线衍射和电镜进行表征分析,样品的磁性和催化性能也被研究和比较.水与醇的混合体系为氧化铁的制备和控制生长提供了一种非常好的液相介质.由于α-Fe2O3的001面为极性面,因而可以通过醇的极性大小来控制晶体的001面的生长,获得厚度可调的片状赤铁矿纳米晶,而醇的极性与醇的碳链长短相关.对于磁铁矿Fe3O4,其晶体这种特殊结构的存在,醇对晶体各个方向的影响基本一致,因而在生长过程中晶粒形貌没有发生变化,但两种醇对Fe3O4吸附能力不同,从而导致了两种溶剂中获得的样品的颗粒尺寸的不同.对两种氧化铁的磁性研究发现,300K下,两种晶型的纳米晶均具有尺寸或形貌决定的磁性能.对于Fe3O4,当晶粒尺寸为35nm时,饱和磁化强度(Ms),剩余磁化强度(Mr)及矫顽力(Hc)分别为74.2emu/g,9.4emu/gand107Oe.而当晶粒尺寸减小到25nm时,Ms,Mr和Hc的值分别变为72.8emu/g,10.4emu/g和117Oe.饱和磁化强度随晶粒尺寸的较小...     

焙烧温度对铁基催化剂催化浆态床F-T合成反应性能的影响

 采用连续共沉淀与喷雾干燥成型技术相结合的方法制备了微球形Fe-Cu-K-SiO2催化剂,并考察了焙烧温度对催化剂的结构和织构性质的影响. 结果表明,催化剂具有较好的织构和结构热稳定性,粘结剂SiO2起到了分散和稳定α-Fe2O3晶相的作用. 随着焙烧温度的升高,催化剂的比表面积逐渐减小,α-Fe2O3晶粒逐渐增大,催化剂体相中的Cu和K原子向表面富集,且Cu向表面的迁移更明显; 同时,催化剂中的α-Fe2O3和CuO相发生了一定程度的离析,Cu的助剂作用减弱,使催化剂在合成气气氛下难于还原碳化. 催化剂在n(H2)/n(CO)=0.67,GHSV=2.0 L/(g·h),p=1.5 MPa和θ=250 ℃下的浆态床F-T合成反应评价结果表明,升高焙烧温度,催化剂的初活性和最高活性下降,但运行稳定性提高,而且有效地抑制了CH4的生成,明显促进了烃产物向高碳数方向移动. 反应600 h后卸载下的催化剂的形貌观测表明,催化剂的磨损主要是由化学磨损引起的,提高焙烧温度可明显改善其抗磨损性能,焙烧温度高于400 ℃时,催化剂具有较好的抗磨损性能.