鐵基氧化物三維多級微納結(jié)構(gòu)的制備與應(yīng)用研究.pdf

1、金屬氧化物納米材料由于其形狀的各向異性而具有優(yōu)異的物理化學(xué)性能,吸引科研工作者的廣泛關(guān)注。氧化鐵(Fe2O3和Fe3O4)納米材料因其價廉、無毒、性質(zhì)穩(wěn)定等物化特性,在氣體傳感、鋰離子電池、催化、污水處理等諸多領(lǐng)域得到應(yīng)用。本文在綜述氣體傳感和鋰離子電池及其材料研究進(jìn)展的基礎(chǔ)上,采用低溫液相化學(xué)法和水熱法分別制備了三維Fe2O3和Fe3O4/C納米材料,運用XRD、SEM、TEM、BET和TGA等現(xiàn)代分析測試技術(shù)對合成材料的結(jié)構(gòu)和物理特

2、性進(jìn)行系統(tǒng)研究,并研究它們在氣體傳感和鋰離子電池中的應(yīng)用。本論文的主要內(nèi)容歸納如下。
　　 在第2章,利用簡單的低溫液相化學(xué)反應(yīng)合成形貌可控的三維α-FeOOH納米材料,并以其為前體經(jīng)退火處理制備花狀和海膽狀α-Fe2O3多孔納米材料。研究表明,三維α-FeOOH納米前體的形貌可以通過對實驗條件,如反應(yīng)物濃度、溶劑成分、反應(yīng)時間和溫度的改變而進(jìn)行調(diào)控。結(jié)合時間梯度實驗,我們提出三維α-FeOOH納米前體形成的多階段生長機(jī)理。這種

3、簡單易行的方法給氧化鐵納米材料的可控合成提供了新的觀點的啟發(fā)。
　　 在第3章,用第2章中制備的海膽狀α-FeOOH為前體退火得到海膽狀的α-Fe2O3多孔納米材料。作為典型的n型半導(dǎo)體氣敏材料,它對H2S的檢測濃度低至1 ppm,響應(yīng)和恢復(fù)速度均少于10 s。有趣的是它在工作溫度變化時產(chǎn)生n-p轉(zhuǎn)換效應(yīng)和高溫下隨H2S濃度增加產(chǎn)生的p-n轉(zhuǎn)換效應(yīng)。我們認(rèn)為α-Fe2O3多孔納米材料因比表面積大而產(chǎn)生大量表面不穩(wěn)定的活性位點,能

4、吸附更多的氧氣并離子化導(dǎo)致材料表面產(chǎn)生反型層。這有利于我們對α-Fe2O3氣敏機(jī)理的深入理解,給α-Fe2O3氣敏材料的改性提供依據(jù)。
　　 在第4章,以第2章中制備的海膽狀α-FeOOH納米材料為前體,以葡萄糖為炭源,用水熱法和惰性氣氛下退火得到海膽狀的Fe3O4/C多孔納米材料,這種微米/納米結(jié)構(gòu)有直徑約30-40 nm的納米棒組成。TEM表明納米棒表面多孔且具有一層均勻連續(xù)的無定形炭。將其作為鋰離子電池負(fù)極材料,0.1 C