Fe-,3-O-,4-一維鏈狀結構的制備及相關問題研究.pdf

1、本論文研究了超臨界二氧化碳(CO2)體系下Fe3O4一維鏈的形成及其相關性質。我們以0.25g二茂鐵、0.75g聚乙烯吡咯烷酮(PVP K90)和12.0g二氧化碳為原料，在450℃加熱800分鐘，成功制備了非晶碳層包裹的Fe3O4一維有序鏈狀結構。鏈狀結構由一定數(shù)量的Fe3O4納米粒子組裝而成，粒徑為40-120nm，在單磁疇尺寸范圍內，且相鄰粒子之間具有相同的間距。磁測量顯示Fe3O4一維鏈在室溫表現(xiàn)出鐵磁性質，較高的矯頑力Hc值(

2、141 Oe)反映了Fe3O4納米粒子之間很強的鐵磁關聯(lián)。實驗發(fā)現(xiàn)通過改變反應物的量、反應溫度和反應時長等條件，可以在一定范圍內調節(jié)納米結構的形貌和結晶程度。在此基礎上，我們探討了這種非晶碳包裹的Fe3O4一維鏈狀結構的生長機理。我們合成的鏈狀結構與趨磁細菌體內磁小體鏈具有非常類似的結構和性質，因此對于理解生物體內磁性鏈的形成機制具有一定的參考價值。 在合成了非晶碳包裹的Fe3O4一維鏈的基礎上，為了進一步理解納米尺度下的化學反

3、應機理，我們研究了Fe3O4納米粒子在非晶碳納米管中的化學反應。包裹在非晶碳納米管中的Fe3O4納米粒子在低于500℃的溫度下就能被部分還原為單質Fe，而非晶碳納米管則在這個過程晶化，還原出的Fe與未被還原的Fe3O4粒子分散在碳管中。在研究非晶碳包裹的Fe3O4一維鏈與鹽酸的化學反應中，通過對反應過程中溶液中Fe離子濃度變化的檢測來研究在碳納米管中發(fā)生的化學反應與常規(guī)反應器中的區(qū)別。對反應后所剩的固態(tài)產(chǎn)物進行X射線衍射及電子顯微分析發(fā)

4、現(xiàn)，原始粒子鏈狀結構中的Fe3O4粒子與鹽酸完全反應后留下空位，使得最終產(chǎn)物為大量的空心竹節(jié)狀碳管。通過對Fe離子濃度的變化及電鏡結果的分析，我們發(fā)現(xiàn)H+是通過管壁以及端口同時進行擴散的，由于非晶碳管的阻礙，使得反應速率比體相Fe3O4與鹽酸的反應速率要慢，然而在H+擴散進入碳管內部納米反應器后，發(fā)生的反應卻是十分迅速的，研究結果表明與宏觀體系下Fe3O4與鹽酸的反應是不同的。這為研究局域體系下的化學反應提供了信息，并對設計納米反應器和