Fe3O4-C復(fù)合材料的合成及其性能研究.pdf

1、作為重要的過渡金屬氧化物，鐵氧化合物(Fe3O4)由于其獨特的物理和化學(xué)性能，在能源和環(huán)境領(lǐng)域受到了廣泛的研究，被視為非常有前景的鋰離子電池電極材料和光催化劑的載體。但是，單純的Fe3O4作為鋰離子電池負極材料有放電容量低和循環(huán)性能差的缺點，大大阻礙了其實際應(yīng)用。本文圍繞不同形貌的Fe3O4/C復(fù)合物的合成及其鋰電性能研究展開工作。鑒于Fe3O4具有良好的磁性，因此將其應(yīng)用延伸到磁性可回收光催化領(lǐng)域。本文的研究內(nèi)容包括以下三個方面:

2、r>　　1.碳包覆Fe3O4多孔多殼層籠狀結(jié)構(gòu)的合成及其優(yōu)異的鋰離子儲存性能
　　在本章中，介紹了一種簡便的H3PO4蝕刻方法，在非水介質(zhì)（乙二醇）中制備具有不規(guī)則片狀結(jié)構(gòu)單元的多孔多層籠狀α-Fe2O3微球。首先，分級Fe5(PO4)4(OH)3·2H2O微球通過在檸檬酸鈉的存在下溫和的一步水熱反應(yīng)合成。然后將所制備Fe5(PO4)4(OH)3·2H2O微球用兩步熱處理過程轉(zhuǎn)化成FePO4/Fe2O3復(fù)合微球:通過在NH3氣氛中

3、600℃下加熱2h，然后在空氣中700℃加熱2h。微球的形貌在退火過程之后仍被保留。最終的多孔多層籠狀Fe2O3由從FePO4/Fe2O3復(fù)合微球在乙二醇(EG)溶劑中溫度為35℃條件下經(jīng)H3PO4蝕刻反應(yīng)1h得到。為了進一步改善其電化學(xué)性能，在得到的多孔多層籠狀Fe2O3包覆一層薄的碳層，并在N2氣氛500℃退火4h，這進一步提高了材料的導(dǎo)電性和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。結(jié)果，所制備的多孔多層籠狀Fe3O4@C作為鋰離子電池負極材料大大提高了Li+

4、貯存性能，顯示了非常高的可逆放電容量，大約為1100mAh g-1，經(jīng)過50次充放電循環(huán)，仍然保持較高的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。這可能是由于多孔多殼層籠狀微球的獨特結(jié)構(gòu)以及碳層的存在造成其結(jié)構(gòu)上的柔韌性。
　　2.一步磁場誘導(dǎo)合成Fe3O4/C復(fù)合物微米棒及其增強的鋰離子儲存性能
　　這部分介紹了一種新穎的一步外磁場誘導(dǎo)的溶劑熱法合成1D Fe3O4/C復(fù)合物微米棒。在合成過程中，葡萄糖和乙二胺(EDA)的含量對于產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)的形成有很重

5、要的影響。在溶劑熱過程中，葡萄糖不僅作為碳源，而且在外磁場作用下，起到將Fe3O4納米顆粒粘結(jié)成1D Fe3O4/C微米棒起到關(guān)鍵作用。而EDA的含量對于得到尺寸均一的微米棒形貌起到關(guān)鍵作用。在反應(yīng)體系中，制備的1D Fe3O4/C復(fù)合物微米棒顯示了增強的電化學(xué)鋰離子儲存性能，在100次循環(huán)之后，仍能保持650mA g-1的放電容量。這一結(jié)果再次表明，電極材料的結(jié)構(gòu)對于鋰離子電池的電極材料性能有著非常重要的影響。值得注意的是，本文提供了

6、一種合成一維磁碳結(jié)構(gòu)微納米復(fù)合材料的新思路。
　　3.直接包覆ZnO納米晶體到1D Fe3O4/C復(fù)合物微米棒作為高效的可重復(fù)利用的水處理催化劑
　　在這部分，我們展示了一個簡單的兩步法直接在一維Fe3O4/C復(fù)合微米棒表面上包覆一層ZnO納米晶體，形成Fe3O4/C@ZnO核殼微米棒。首先，根據(jù)我們以前的工作，通過一步溶劑熱法成功地合成1D Fe3O4/C復(fù)合微米棒。然后，在較低溫度下(60℃)，通過改進的水熱過程，一層均

7、勻的ZnO納米晶體簡單的包覆在1D Fe3O4/C復(fù)合微米棒的表面。重要的是，ZnO納米晶體的大小和涂層的厚度可以很容易地通過用不同濃度的Zn(Ac)2·2H2O水溶液來解決。進一步研究表明，制備的核殼微米棒在可見光照射下，對于光敏化染料（剛果紅）的脫色反應(yīng)表現(xiàn)出增強的光催化活性。此外，這些磁性可分離光催化劑可以容易地被磁鐵回收，并且其催化效率幾乎沒有損失。我們相信，這一溫和的合成策略提供了一個通用且有效的方法合成一維磁性納米復(fù)合材料，