纳米铁氧化物及其复合物的制备及应用研究

【摘要】铁氧化物作为一种环保材料,在地球上分布非常广泛且储量丰富。同时,铁氧化物的研究也吸引了众多研究者的目光,尤其是在环境净化和新能源领域具有重要的应用前景。本论文首次利用L-Cys(L-半胱氨酸)作为还原剂,一步法制备了磁性Fe3O4纳米粒子,并利用十八酸(SA)对其进行改性制备了Fe3O4@SA核壳结构的纳米复合物,研究其疏水亲油性能与应用；制备了片状的α-Fe2O3和α-Fe2O3复合物,并将其作为锂电池的负极材料,对其进行电化学性能的研究。具体研究内容如下：1、利用L-Cys作为还原剂,在无惰性气体保护下部分还原Fe3+,制备了球形的Fe304顺磁性纳米粒子。我们以反应温度和还原剂的比例为主要参数设计对比试验,探索反应的最佳条件。结果表明,当Fe3+/L-Cys的摩尔比为1：2.14,反应温度为80℃时,产物呈黑色,磁性最强。经过SA修饰后得到的Fe3O4@SA疏水亲油性能优异,能很好地分散在有机溶剂中形成磁流体,还可用于除去水面上的油污；并能用LB技术将Fe3O4@SA在水面形成均一的单分子膜或制备LB膜,在磁记录等方面有着重要的潜在应用价值。2、用溶剂热法合成了米粒状、盘状以及片状结构的α-Fe2O3。将其作为锂电池负极材料,充放电测试表明,米粒状的α-Fe2O3首次放电比容量为789mAh/g,但是循环性能比较差；而片状α-Fe2O3首次放电比容量达到819mAh/g,第二次放电比容量为426mAh/g,因为片状结构比表面积较大,所以20次循环后的放电比容量仍能维持在354mAh/g,因此片状的α-Fe2O3比米粒状α-Fe2O3在可逆容量和循环寿命上均有较大的提高。3、将第二章L-Cys部分还原法制备的较小直径的Fe3O4纳米粒子分散在KMnO4和乙醇、乙二醇体系中,通过溶剂热法合成了α-Fe2O3/Mn3O4纳米复合物。将产物用作锂离子电池负极材料进行充放电性能测试,首次放电比容量达1558mAli/g,20次循环之后放电比容量仍能达到528mAh/g,比上一章制备的α-Fe2O3表现出更高的比容量和更优异的循环性能,可见两种无机物的复合提高了锂电池负极材料的电化学性能。
【作者】曹慧敏；
【导师】谢安建；李巨川；
【作者基本信息】安徽大学，材料工程，2014，硕士
【关键词】四氧化三铁；顺磁性；疏水亲油性；α-氧化铁；锂电池负极材料；四氧化三锰；

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