尖晶石型鋅鐵氧體的生長調制及其機理的原位研究.pdf

1、尖晶石型鐵氧體因其優(yōu)越的性能而被廣泛應用在催化、磁存儲、生物醫(yī)藥等領域。如何在保持材料超順磁性（小顆粒）的同時，有效提高其磁化強度是影響該類型材料研發(fā)的一個關鍵科學問題。本論文以鋅鐵氧體(ZnFe2O4)為目標產(chǎn)物，通過改變產(chǎn)物中的Fe、Zn離子摩爾比、添加多齒配體等，制各了不同形貌（簇狀、納米片、單分散納米顆粒）的高飽和磁化強度的鋅鐵氧體。應用原位微量熱技術研究了其相應的形成機理。為研制超順磁、高飽和磁化強度的尖晶石型納米材料提供理論

2、指導和科學依據(jù)。同時，通過添加六齒配體EDTA，成功制備了ZnFe2O4/ZnO共存的磁性納米材料。
　　本文的主要研究內容和結論如下:
　　1、選擇組成為Zn02Fe28O4的超順磁、高飽和磁化強度的納米簇作為目標產(chǎn)物，通過原位量熱并技術結合XRD、ICP-AES、TEM、XPS、FTIR等表征手段，深入探索納米簇的形成機理。實驗結果表明，體系中的Fe3+首先和HOCH2CH2OH反應生成Fe(OCH2CH2OH)3，然后

3、部分Fe(OCH2CH2OH)3中的Fe3+被Zn2+替代，形成Zn(OCH2CH2OH)2。Fe(OCH2CH2OH)3和Zn(OCH2CH2OH)2聚合作為凝膠因子，形成凝膠。隨著反應溫度升高，氫鍵被破壞，凝膠會轉化成溶液。該過程發(fā)生了取代反應，生成了(Fe，Zn)OOH，其中-OCH2CH2O-作為橋聯(lián)基團與Fe3+和Zn2+成鍵，誘導了簇狀結構的形成。然后簇狀(Fe，Zn)OOH脫水生成了簇狀α-Fe2O3，最后轉變?yōu)榇貭頩n0

4、2Fe28O4。并通過加入EDA抑制醇鹽的生成和聚合，進一步證明是聚合物的形成促使產(chǎn)物形成簇狀結構，-OCH2CH2O-的橋聯(lián)作用是形成簇狀結構的關鍵。對磁性納米簇形成機理的研究，將為研制該類型材料提供思路和理論基礎，為類似的科學問題提供實驗依據(jù)。
　　2、通過簡單的一步溶劑熱法合成了具有高飽和磁化強度和大表面積的單分散Zn摻雜Fe3O4磁性納米片。使用原位微量熱法，結合XRD、ICP-AES、XPS、FTIR、TEM等表征手段詳

5、細研究了EDA調控下Zn摻雜Fe3O4磁性納米片的形成機理。結果表明EDA改變了產(chǎn)物的生成機理。體系中Fe(EDA)3]3+和[Zn(EDA)3]2+配合物的形成，降低了游離Fe3+和Zn2+濃度，抑制了部分反應的發(fā)生，并導致部分反應在更高的溫度發(fā)生。同時，Zn摻雜Fe3O4的(111)面變得穩(wěn)定，這誘導了納米片的形成。具有高飽和磁化強度和大表面積的Zn摻雜的Fe3O4納米片在不同領域，如吸附、生物分子分離和藥物靶向傳遞中，具有潛在的應

6、用價值。
　　3、通過一步溶劑熱法合成了表面積較大的ZnFe2O4/ZnO磁性復合材料。利用原位微量熱法研究了ZnFe2O4/ZnO復合材料的形成機理。Fe3+-EDTA和Zn2+-EDTA配離子的形成，降低了游離Fe3+和Zn2+濃度，抑制了醇鹽的形成。同時，適量的EDTA作為配體，可以吸附在晶體的表面，從而使得臨近的晶核在氨基和羧基的作用下，自組裝成球，與第二章中-OCH2CH2O-類似。制備的ZnFe2O4/ZnO磁性復合材