基于咪唑類(lèi)子液體的液相法制備α-Fe2O3納米材料.pdf

1、α-Fe2O3半導(dǎo)體材料，帶隙寬度較窄，具有很強(qiáng)的可見(jiàn)光吸收能力，同時(shí)其化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、含量豐富、環(huán)境友好，在能源、環(huán)境、電子學(xué)、光學(xué)、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域內(nèi)具有非常廣闊的應(yīng)用價(jià)值，一直以來(lái)都受到廣泛關(guān)注和研究。由于納米材料的形貌、尺寸和分散性會(huì)影響其物理和化學(xué)性質(zhì)，因此，可控制備各種形貌的α-Fe2O3納米粒子是一個(gè)主要的研究方向。離子液體是指室溫下呈液態(tài)、完全由離子所組成的有機(jī)溶劑，自從發(fā)現(xiàn)之日就作為一種綠色溶劑而被寄予厚望，同時(shí)也為納米材

2、料的制備提供了新的契機(jī)。但是與傳統(tǒng)制備體系相比，離子液體作為反應(yīng)介質(zhì)在無(wú)機(jī)納米材料制備的研究還不夠深入。在很多的研究工作中，離子液體僅僅是被當(dāng)作簡(jiǎn)單的表面活性劑，而對(duì)于其作用機(jī)理仍然沒(méi)有清晰的認(rèn)識(shí)。本論文就α-Fe2O3納米材料以咪唑類(lèi)離子液體為助劑的水熱條件下的液相合成進(jìn)行了研究，對(duì)不同形貌的α-Fe2O3納米材料的形成機(jī)理進(jìn)行了有益探索，并探討了所得α-Fe2O3納米顆粒的儲(chǔ)鋰性能及光催化性能。全文主要分為以下三部分:
　　第

3、一部分:簡(jiǎn)要介紹了納米材料、α-Fe2O3的結(jié)構(gòu)與性能，然后綜述了各種形貌的納米α-Fe2O3的主要合成方法及研究進(jìn)展，之后對(duì)離子液體的特性、在無(wú)機(jī)納米材料制備中的應(yīng)用和功能做了詳細(xì)介紹，最后介紹了α-Fe2O3納米材料在儲(chǔ)能、光催化領(lǐng)域的應(yīng)用。
　　第二部分:研究了在長(zhǎng)鏈咪唑類(lèi)表面活性離子液體復(fù)配體系中用多元醇制備α-Fe2O3納米結(jié)構(gòu)。在水溶液中，以SDS/C12mimBr膠束為結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑，用Fe2+作為鐵源及乙二醇為添加劑來(lái)

4、平衡Fe3+的水解與氧化，一步制備了二級(jí)結(jié)構(gòu)為薄片的3D海膽狀α-Fe2O3納米結(jié)構(gòu)。XRD和SAED結(jié)果顯示分級(jí)結(jié)構(gòu)是結(jié)晶質(zhì)量良好的六角相α-Fe2O3。考察了SDS/C12mimBr的摩爾比，多元醇的種類(lèi)及濃度、反應(yīng)時(shí)間等條件對(duì)海膽狀形貌的影響。通過(guò)對(duì)不同時(shí)間下所得樣品的形貌分析，提出了分級(jí)海膽狀顆粒的生長(zhǎng)機(jī)理，主要包括三個(gè)階段:Fe2+的氧化;FeOOH的形成;FeOOH脫水形成氧化鐵及其表面的擴(kuò)散及定向排列重結(jié)晶過(guò)程。在鋰離子電

5、池測(cè)試中，首次放電比容量為1696.4mA☉h☉g-1，并顯示出良好的循環(huán)性能。光催化實(shí)驗(yàn)中，該分級(jí)海膽狀α-Fe2O3納米結(jié)構(gòu)只用了40分鐘就完成了降解。這些優(yōu)良的性能都得益于其特殊的結(jié)構(gòu)。
　　第三部分:首先設(shè)計(jì)合成了離子液體[Bmim][PhCOO]，然后將這種離子液體用于調(diào)控所得α-Fe2O3納米材料的形貌及尺寸。僅僅通過(guò)改變離子液體在體系中的相對(duì)濃度的方式，實(shí)現(xiàn)了將3D枝狀結(jié)構(gòu)“裁剪”為2D片狀，再到1D棒狀結(jié)構(gòu)的形貌演

6、變。通過(guò)SEM、HRTEM和SAED的分析，確定了各種形貌的納米結(jié)構(gòu)的生長(zhǎng)方向。并從分子水平上對(duì)離子液體的陰、陽(yáng)離子在調(diào)控α-Fe2O3納米材料時(shí)表現(xiàn)出來(lái)的不同作用進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，用不同頭基的離子液體的對(duì)比實(shí)驗(yàn)明確了離子液體的作用機(jī)制:[PhCOO]-的水解加快成核速度，[Bmim]+的氫鍵作用、π-π堆積作用及空間位阻效應(yīng)有利于晶體的各向異性生長(zhǎng)。通過(guò)比較不同形貌的α-Fe2O3納米顆粒對(duì)羅丹明B的光降解作用，發(fā)現(xiàn)所得α-Fe2O3