碳包覆納米Fe-,3-O-,4-顆粒的合成與結(jié)構(gòu)研究.pdf

1、碳包覆納米金屬氧化物材料(CEMONs)是一種新型的納米碳/金屬氧化物復(fù)合材料，其中納米金屬氧化物粒子作為核心，數(shù)層石墨片層有序地將其緊密圍繞，形成核殼結(jié)構(gòu)。由于碳包覆層的存在，可避免內(nèi)部的納米粒子受環(huán)境影響。針對目前碳包覆金屬氧化物納米材料制備中存在的產(chǎn)物純度低、步驟復(fù)雜、形態(tài)結(jié)構(gòu)不易控制和難以大量合成等缺點(diǎn)，本論文采用一種新型制備方法——共熱解法，通過芳烴物質(zhì)和有機(jī)金屬化合物在中溫下的共炭化熱解制備CEMONs，該方法具有工藝路線簡

2、單、反應(yīng)條件溫和、產(chǎn)物組成均勻、結(jié)構(gòu)易于控制及容易實(shí)現(xiàn)大量制備等特點(diǎn)。
　　 本論文主要以間苯二酚為氧源和碳源、以二茂鐵為金屬源和碳源，采用共熱解法制備碳包覆納米金屬氧化物。在詳細(xì)考察制備工藝參數(shù)對CEMONs形成、轉(zhuǎn)化及其形態(tài)結(jié)構(gòu)影響的基礎(chǔ)上，利用TEM，HREM，XRD，SEM，TG-DSC等測試分析手段研究了材料的形貌和結(jié)構(gòu)，并與制備工藝相關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)材料的可控合成；闡明CEMONs的形成機(jī)理。
　　 研究結(jié)果表明，

3、以間苯二酚和二茂鐵為原料，采用共熱解法可以大量制備碳包覆納米Fe3O4顆粒。在450℃的反應(yīng)溫度下，間苯二酚：二茂鐵=10.0g：20.0g時(shí)，制備出純度高的、具有明顯核殼結(jié)構(gòu)的碳包覆納米Fe3O4顆粒。在450℃的反應(yīng)溫度下，提高二茂鐵的量從50wt.％到75wt.％時(shí)，會使碳包覆顆粒內(nèi)核中金屬相從Fe3O4→α-Fe→Fe3C逐漸轉(zhuǎn)變，同時(shí)內(nèi)部壓力升高，顆粒變小，包覆層厚度增加。保持間苯二酚和二茂鐵比例恒定，隨著反應(yīng)溫度的升高從43

4、0℃度到495℃度，內(nèi)核中金屬相也呈現(xiàn)Fe3O4→α-Fe→Fe3C轉(zhuǎn)變。
　　 通過原料組成、結(jié)構(gòu)分析和合成工藝參數(shù)與產(chǎn)物形貌和結(jié)構(gòu)的關(guān)系研究，推斷出共熱解法形成碳包覆納米金屬氧化物是基于Fe納米顆粒對含氧芳烴分子的催化作用，以及Fe原子在催化芳香烴過程中與氧基團(tuán)發(fā)生氧化物還原反應(yīng)，而此過程是基于溶解-析出以及動力學(xué)平衡的機(jī)制。碳包覆納米金屬氧化物的形成需要兩個必要因素：體系中有適當(dāng)比例的鐵納米原子簇和含氧芳香烴，以及適中的反