α-Fe2O3微納結(jié)構(gòu)及其復合結(jié)構(gòu)材料的制備和性能研究.pdf

1、眾所周知，納米材料因其在微尺度下所呈現(xiàn)的獨特物理化學性能而表現(xiàn)出新穎的光、電、催化等性能。作為一種重要的過渡金屬氧化物，α-Fe2O3是n型半導體材料，禁帶寬度窄，制作成本低廉，環(huán)境友好。在光催化劑和超級電容器電極材料等眾多領(lǐng)域扮演著重要的角色。α-Fe2O3微納米材料的形貌和結(jié)構(gòu)對其物理化學性能有著重要的影響。本論文采用液相合成方法成功制備了幾種不同形貌的α-Fe2O3微納米結(jié)構(gòu)材料，通過多種表征手段考察其形貌、結(jié)構(gòu)和成分，并對合成產(chǎn)

2、物進行了光催化和電化學等性能的研究，研究內(nèi)容概括如下:
　　(1)簡易水熱法成功制備高密度生長、結(jié)晶度較好，具有花生狀均—形貌的α-Fe2O3材料，通過對比反應(yīng)時間，溫度及反應(yīng)物濃度等參量對合成產(chǎn)物形貌和結(jié)構(gòu)的影響，提出了該樣品花生狀形貌可能的生長機理。可見光下的光催化實驗對三種染料溶液的最終降解率分別為:剛果紅93％、曙紅88％、亞甲基藍80％，說明該樣品對剛果紅溶液具有較好的光催化選擇性。不同形貌結(jié)構(gòu)α-Fe2O3對同一剛果紅

3、染料溶液的光催化降解率影響分別為:花生狀α-Fe2O393％、紡錘狀α-Fe2O382％、不規(guī)則形貌商業(yè)α-Fe2O3粉末58％，說明合成樣品對剛果紅的降解性能最好。同時五次循環(huán)降解實驗表明樣品具有穩(wěn)定的光催化降解性能。
　　(2)通過低溫水熱法合成了生長在泡沫鎳襯底上，由大量α-Fe2O3納米片自組裝形成的三維刺狀α-Fe2O3材料。光催化降解實驗顯示，樣品具有優(yōu)異的優(yōu)異光催化降解性能，光照時間3O min時，對剛果紅的降解率為

4、98.7％，同時對亞甲基藍和曙紅溶液的最終降解率為96.4％和97.5％，說明樣品具有對多種有機染料的高效降解能力。不同形貌結(jié)構(gòu)α-Fe2O3的光催化降解顯示:刺狀α-Fe2O3的降解性能最好，說明該樣品可作為一種具有高效的光催化劑。電化學測試結(jié)果顯示，樣品具有較好的電容性能，在1mA cm-2時，面積比電容為681mF cm-2，且隨電流密度改變時，樣品依然呈現(xiàn)良好的電容倍率性能及較好的長期循環(huán)穩(wěn)定性。
　　(3)選用柔性碳纖維

5、為生長基底，采用兩次液相合成法，成功制備α-Fe2O3@Co3O4，α-Fe2O3@MnCo2O4兩種復合結(jié)構(gòu)材料。電化學性能測試結(jié)果顯示，復合結(jié)構(gòu)材料較單一的α-Fe2O3材料相比，面積比電容明顯增強，其中α-Fe2O3@MnCo2O4的電容量最高。1mA cm-2時，α-Fe2O3材料的面積比電容量為249mF cm-2，而α-Fe2O3@Co3O4為490mF cm-2,α-Fe2O3@MnCo2O4為1073mFcm-2。另外復

6、合結(jié)構(gòu)材料也顯示出較好的循環(huán)性能，6000圈循環(huán)后，三種材料的面積比電容滯留率分別為:α-Fe2O3@MnCo2O477.8％，α-Fe2O3@Co3O474.6％，α-Fe2O3為71.3％。說明復合材料具有較單一結(jié)構(gòu)材料較好的電容循環(huán)穩(wěn)定性。這主要歸因于合成的復合結(jié)構(gòu)擁有更多的電化學反應(yīng)位點，提高了整體的導電性，從而加速了離子和電子的轉(zhuǎn)移。另外摻入二元或三元氧化物使得復合結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性提高，降低了復合電極的內(nèi)阻，且復合結(jié)構(gòu)中充分利用其