α-Fe2O3纳米结构的液相合成及性能表征

论文摘要

近年来,α-Fe2O3纳米结构因其在涂料、传感器、催化以及电极材料等方面的应用而成为近年来研究的热点。本论文的主要研究目的在于利用基于液相的化学路线对α-Fe2O3纳米结构进行制备。通过对于反应过程的研究,提出一些合理的模型来解释α-Fe2O3纳米结构的生长机制,对所得α-Fe2O3纳米结构的性能进行测试,寻找形貌与其物理性质之间的联系,以期制备出的α-Fe2O3纳米结构具有所期望的物理性质。论文的主要内容总结如下:1.使用Na2SO3和FeSO4为原料合成了α-FeOOH的纳米棒,并通过煅烧前驱体的方法制得了α-Fe2O3的一维纳米棒。研究了反应物浓度对于产物形貌的影响,并且通过改变反应物的用量得到了一系列具有尺寸梯度的α-Fe2O3纳米棒。研究了产物尺寸对于化合物性质的影响。结果显示所得α-Fe2O3纳米棒的光吸收性质、电化学性质、磁性以及光催化性能与纳米棒尺寸之间的都有着密切的联系。2.使用乙醇作为溶剂,FeCl3.6H2O作为原料,在溶剂热的条件下制备了α-Fe2O3的花状多孔纳米结构。研究了乙醇在反应中的作用,发现所使用的乙醇除了作为溶剂之外,其本身也通过醚化的方式提供水分子参加反应。对于反应溶剂对于产物形貌的研究进行了详细的研究。并对多孔结构对其磁性、电化学性能以及光催化性能的影响进行了初步表征,结果显示,由于产物具有较大的比表面积,使得其在M-T曲线中无法观察到Morin相变,而与此同时,产物在锂离子电池以及光催化方面的性能的因为所具有的多孔结构而得到相应的增强。3.使用草酸辅助的水热方法,成功的对α-Fe2O3空心纳米结构实现了选择型的制备,通过控制不同的碱源,分别得到了α-Fe2O3的空心椭球颗粒和空心微米球。研究了草酸以及碱的用量对于所得产物形貌的影响,并进一步对不同碱源对于产物的影响进行了研究。根据所观察到的实验事实,提出了基于Ostward熟化过程的生成机理。考虑到产物所具有的空心结构,所得α-Fe2O3空心纳米结构在锂离子电池以及水污染处理方面的应用进行了初步探讨,结果显示空心结构有利于产物在锂离子电池中循环性能的提高,同时空心结构也使得其对离子的吸附能力显著增强。4.使用无机盐辅助的水热方法对于海胆状α-Fe2O3纳米结构进行了制备,并对无机盐种类对于产物的影响进行了研究。研究了无机盐浓度对于所得产物的影响并对相关现象进行了解释。通过改变无机盐的种类,成功的获得了诸如纳米纤维、纳米立方块等一系列形貌。对所得海胆状α-Fe2O3纳米结构的磁性质进行了表征,结果表面,由于产物的具有交对称的形状,使得其在室温下矫顽力极小。我们进一步使用所得的α-Fe2O3海胆状纳米结构作为原料,实现了其与TiO2的复合,形成了TiO2@α-Fe2O3复合结构。并对所得复合结构的光催化性能进行了表征,结果显示,比起单独的α-Fe2O3海胆状纳米结构,所得复合结构在光催化性能上有了明显的增强。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 2O₃材料的研究进展）'>第一章.绪论（纳米α-Fe₂O₃材料的研究进展）
• 1.1 引言
• 1.2 纳米材料的结构
• 1.2.1 纳米晶粒的内部结构
• 1.2.2 纳米晶界的微观结构
• 2O₃的结构特点'>1.3 α-Fe₂O₃的结构特点
• 2O₃的晶体结构'>1.3.1 α-Fe₂O₃的晶体结构
• 2O₃电子能带结构'>1.3.2 α-Fe₂O₃电子能带结构
• 2O₃的磁结构'>1.3.3 α-Fe₂O₃的磁结构
• 2O₃的特性'>1.4 纳米材料的特性及纳米α-Fe₂O₃的特性
• 1.4.1 量子尺寸效应
• 1.4.2 表面效应
• 1.4.3 小尺寸效应（又称体积效应）
• 1.4.4 宏观量子隧道效应
• 1.4.5 介电限域效应
• 2O₃的应用'>1.5 纳米α-Fe₂O₃的应用
• 1.5.1 纳米氧化铁在装饰材料中的应用
• 1.5.2 纳米氧化铁在油墨材料中的应用
• 1.5.3 纳米氧化铁在着色剂中的应用
• 1.5.4 纳米氧化铁在光吸收材料中的应用
• 1.5.5 纳米氧化铁在磁性材料和磁记录材料中的应用
• 1.5.6 纳米氧化铁在定向药物中的应用
• 1.5.7 纳米氧化铁在催化剂中的应用
• 1.5.8 纳米氧化铁在陶瓷材料中的应用
• 1.5.9 纳米氧化铁在气敏传感器中的应用
• 2O₃的合成方法综述'>1.6 纳米α-Fe₂O₃的合成方法综述
• 1.6.1 湿法
• 1.6.1.1 沉淀法
• 1.6.1.2 溶胶—凝胶法
• 1.6.1.3 水热法
• 1.6.1.4 强迫水解法
• 1.6.1.5 微乳法
• 1.6.1.6 溶剂热法
• 1.6.1.7 电化学法
• 1.6.1.8 模板法
• 1.6.2 干法
• 1.6.2.1 固相法
• 1.6.2.2 气相法
• 1.7 本论文的工作概况及展望
• 参考文献
• 2O₃一维纳米棒的水热合成及性能表征'>第二章 α-Fe₂O₃一维纳米棒的水热合成及性能表征
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 材料
• 2.2.2 实验过程
• 2.2.3 产物表征
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 产物的XRD和电镜表征
• 2SO₃用量对于产物形貌的影响'>2.3.2 Na₂SO₃用量对于产物形貌的影响
• 2.3.3 溶剂对于产物形貌的影响
• 2.3.4 α-FeOOH纳米棒的生长机理研究
• 2O₃一维纳米棒的性能表征'>2.4 α-Fe₂O₃一维纳米棒的性能表征
• 2.4.1 产物的光学吸收性质
• 2.4.2 产物的电化学性能表征
• 2.4.3 样品磁性质的表征
• 2.4.4 样品的光催化性能
• 2.5 本章小结
• 参考文献
• 2O₃花状纳米结构的溶剂热合成及其性能研究'>第三章 α-Fe₂O₃花状纳米结构的溶剂热合成及其性能研究
• 3.1 前言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 实验药品
• 3.2.2 实验过程
• 3.2.3 产物表征
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 前驱体与产物的XRD及电镜分析
• 3.3.2 溶剂对于所得产物形貌的影响
• 3.3.3 反应物用量对于前驱体形貌的影响
• 3.3.4 前驱体的形成机理探讨
• 3.3.5 花状纳米结构的BET数据分析
• 2O₃花状纳米结构在锂离子电池中的应用'>3.3.6 α-Fe₂O₃花状纳米结构在锂离子电池中的应用
• 2O₃纳米结构的磁性能表征'>3.3.7 α-Fe₂O₃纳米结构的磁性能表征
• 2O₃花状纳米结构的光催化性能表征'>3.3.8 α-Fe₂O₃花状纳米结构的光催化性能表征
• 3.4 本章小结
• 参考文献
• 2O₃空心纳米结构的选择性水热合成及其性能表征'>第四章 α-Fe₂O₃空心纳米结构的选择性水热合成及其性能表征
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 实验药品
• 4.2.2 实验过程
• 2O₃空心椭球的制备'>4.2.2.1 α-Fe₂O₃空心椭球的制备
• 2O₃空心球的制备'>4.2.2.2 α-Fe₂O₃空心球的制备
• 4.2.3 产物表征
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 产物的X-射线衍射、拉曼光谱及电镜表征
• 4.3.2 草酸的用量对于所得产物形貌的影响
• 4.3.2.1 使用NaOH作为碱源时草酸用量对于产物形貌的影响
• 4.3.2.2 使用尿素作为碱源时草酸用量对于产物形貌的影响
• 4.3.3 沉淀剂用量对于所得前驱体形貌的影响
• 4.3.3.1 使用NaOH作为沉淀剂时,溶液pH对于前驱体的影响
• 4.3.3.2 使用尿素作为沉淀剂时尿素用量对于产物形貌的影响
• 4.3.4 空心结构的生成机理
• 4.3.5 不同碱源对于所得产物形貌的影响
• 4.3.6 样品的比表面积测试结果
• 2O₃空心纳米结构在锂离子电池中的应用'>4.3.7 α-Fe₂O₃空心纳米结构在锂离子电池中的应用
• 2O₃在水污染处理中的应用模拟'>4.3.8 α-Fe₂O₃在水污染处理中的应用模拟
• 4.4 本章小结
• 参考文献
• 2O₃海胆状纳米结构及其性能表征'>第五章 无机盐辅助水解法制备α-Fe₂O₃海胆状纳米结构及其性能表征
• 5.1 引言
• 5.2 实验部分
• 5.2.1 实验药品
• 5.2.2 实验过程
• 5.2.3 产物表征
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 前驱体与产物的XRD分析
• 2O₃的电镜表征'>5.3.2 海胆状前驱体及α-Fe₂O₃的电镜表征
• 5.3.3 阴离子种类对于所得前驱体形貌的影响
• 5.3.4 无机盐用量对所得产物形貌的影响
• 5.3.5 溶液pH值对于产物的影响
• 5.3.6 海胆状纳米结构的生长机理研究
• 2O₃的比表面积测试'>5.3.7 海胆状α-Fe₂O₃的比表面积测试
• 2O₃的磁性表征'>5.3.8 海胆状α-Fe₂O₃的磁性表征
• 2@α-Fe₂O₃复合光催化剂的合成及表征'>5.4 TiO₂@α-Fe₂O₃复合光催化剂的合成及表征
• 2@α-Fe₂O₃复合光催化剂的合成'>5.4.1 TiO₂@α-Fe₂O₃复合光催化剂的合成
• 2@α-Fe₂O₃复合催化剂的XRD及电镜表征'>5.4.2 TiO₂@α-Fe₂O₃复合催化剂的XRD及电镜表征
• 2@α-Fe₂O₃复合纳米结构的比表面积测试'>5.4.3 TiO₂@α-Fe₂O₃复合纳米结构的比表面积测试
• 2@α-Fe₂O₃复合纳米结构的光催化性能表征'>5.4.4 TiO₂@α-Fe₂O₃复合纳米结构的光催化性能表征
• 5.5 本章小结
• 参考文献
• 在读期间发表的学术论文与取得的研究成果
• 致谢