碳_四氧化三铁纳米复合材料合成研究
四氧化三铁基复合材料在生物磁分离中的应用
四氧化三铁基复合材料在生物磁分离中的应用
彭诗珍;黄启同;甘滔;李坊佐;张翔
【期刊名称】《赣南医学院学报》
【年(卷),期】2022(42)4
【摘要】磁分离是一种借助外部磁场实现物质分离的技术,广泛应用于污水处理、生物医学及酶反应工程等领域。
与传统的分离方法相比,磁分离技术具有反应条件温和、成本低廉、操作简便等优点。
四氧化三铁基复合纳米粒子因具有高的比表面积、优秀的生物相容性和量子尺寸效应,且易于表面修饰,成为目前生物磁分离材料研究热点之一。
功能化的四氧化三铁复合材料对细胞、病毒、蛋白、核酸等多种生物活性物质都有优秀的特异性和极高的分离效率。
本文总结了四氧化三铁基复合材料在生物医学磁分离各个分领域的研究进展。
【总页数】7页(P389-395)
【作者】彭诗珍;黄启同;甘滔;李坊佐;张翔
【作者单位】赣南医学院;赣南医学院心脑血管疾病防治教育部重点实验室;江西省医用组织工程材料与生物制造重点实验室;赣南医学院医学信息工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】Q599
【相关文献】
1.磁性纳米四氧化三铁在生物医学中的应用
2.纳米四氧化三铁磁粉在无损检测领域的应用
3.固相剪切磨盘碾磨法制备四氧化三铁/氮掺杂石墨烯复合材料及其在锂离
子电池中的应用4.四氧化三铁负载石墨烯复合材料在化学发光中应用5.氧化锆添加量对四氧化三铁基复合材料性能的影响
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基于碳纳米管及其复合材料的柔性应变传感器研究进展
基于碳纳米管及其复合材料的柔性应变传感器研究进展目录一、内容概述 (2)二、碳纳米管及复合材料的概述 (2)1. 碳纳米管的基本性质 (3)2. 碳纳米管复合材料的制备 (4)3. 碳纳米管及其复合材料的应用领域 (5)三、柔性应变传感器的原理及发展现状 (6)1. 柔性应变传感器的基本原理 (8)2. 柔性应变传感器的发展现状 (9)四、基于碳纳米管及其复合材料的柔性应变传感器研究进展 (10)1. 碳纳米管柔性应变传感器的研究现状 (11)（1）制备工艺研究 (13)（2）性能研究 (14)2. 碳纳米管复合材料柔性应变传感器的研究进展 (15)（1）复合材料的类型及性能特点 (17)（2）传感器的制备工艺优化 (18)（3）应用研究及成果展示 (18)五、面临的挑战与展望 (20)1. 目前研究面临的挑战分析 (21)2. 未来发展趋势及展望分析 (22)一、内容概述柔性应变传感器作为一种新型的传感器技术，具有结构简单、响应速度快、灵敏度高、抗干扰能力强等优点，在工程测量、生物医学、环境监测等领域具有广泛的应用前景。
基于碳纳米管及其复合材料的柔性应变传感器研究取得了显著的进展。
本文将对这一领域的研究现状进行梳理，重点关注碳纳米管及其复合材料在柔性应变传感器中的基础研究、制备方法、性能优化以及应用实例等方面的最新进展。
通过对国内外相关研究成果的分析和对比，总结了目前该领域的主要研究方向和发展趋势，为进一步推动柔性应变传感器的研究与应用提供参考依据。
二、碳纳米管及复合材料的概述碳纳米管（Carbon Nanotubes，CNTs）是一种具有独特结构和优异性能的一维纳米材料。
由于其高导电性、高热导率、高机械强度以及良好的化学稳定性，CNTs在电子、传感器、复合材料等领域得到了广泛的应用。
基于碳纳米管的柔性应变传感器因其高灵敏度、良好的机械柔韧性和稳定性受到了研究者们的广泛关注。
随着科技的进步，单一的碳纳米管在某些应用场景中可能难以满足复杂多变的需求，于是人们通过一定的工艺和技术，将碳纳米管与其他材料相结合，形成复合材料。
纳米材料有哪些
纳米材料有哪些纳米材料是指至少有一个尺寸在1-100纳米之间的材料，这些材料具有独特的物理、化学和生物学特性，广泛应用于材料科学、生物医学、能源和环境等领域。
纳米材料的种类繁多，下面将介绍一些常见的纳米材料及其应用。
一、纳米碳材料。
1. 石墨烯。
石墨烯是由碳原子构成的二维晶格结构，具有优异的导电性、热导性和机械性能，被广泛应用于电子器件、传感器、储能材料等领域。
2. 碳纳米管。
碳纳米管是由石墨烯卷曲而成的纳米管状结构，具有优异的力学性能和导电性能，被应用于纳米电子学、纳米材料增强等领域。
3. 纳米金刚石。
纳米金刚石是由碳原子构成的立方晶格结构，具有硬度大、导热性好等特点，被广泛应用于涂层材料、生物医学材料等领域。
二、纳米金属材料。
1. 纳米银。
纳米银具有优异的抗菌性能，被广泛应用于医疗器械、纺织品等领域。
2. 纳米金。
纳米金具有优异的光学性能和催化性能，被应用于光电器件、催化剂等领域。
3. 纳米铜。
纳米铜具有优异的导电性能和力学性能，被广泛应用于电子器件、导电材料等领域。
三、纳米氧化物材料。
1. 纳米二氧化硅。
纳米二氧化硅具有优异的光学性能和表面活性，被广泛应用于光学涂料、生物医学材料等领域。
2. 纳米氧化铝。
纳米氧化铝具有优异的耐磨性和热稳定性，被应用于陶瓷材料、涂料材料等领域。
3. 纳米氧化铁。
纳米氧化铁具有优异的磁性能和生物相容性，被广泛应用于磁性材料、生物医学材料等领域。
四、纳米复合材料。
1. 纳米聚合物复合材料。
纳米聚合物复合材料是将纳米材料与聚合物基体复合而成的材料，具有优异的力学性能和导电性能，被广泛应用于航空航天、汽车制造等领域。
2. 纳米陶瓷复合材料。
纳米陶瓷复合材料是将纳米材料与陶瓷基体复合而成的材料，具有优异的耐磨性和耐高温性能，被应用于机械制造、航空航天等领域。
以上就是关于纳米材料的介绍，纳米材料的种类繁多，每一种纳米材料都具有独特的特性和应用价值，随着科学技术的不断发展，相信纳米材料在未来会有更广阔的应用前景。
2022-2023学年全国大联考高三第五次大联考化学试卷 含答案
全国大联考2023届高三第五次联考化学试题考生注意：1.本试卷共100分。
考试时间75分钟。
2.请将试卷答案填在试卷后面的答题卷上。
3.本试卷主要考试范围：有机化学基础。
4.可能用到的相对原子质量：H 1C 12N 14O 16Mg 24Cl35.5Pb 207第Ⅰ卷(选择题共46分)一、选择题：本题共10小题，每小题3分，共30分。
每小题只有一个选项符合题意。
1.化学促进了科技进步和社会发展，下列过程中不涉及化学变化的是A.青铜器皿除锈B.燃煤固硫C.电动汽车全气候电池的充电D.速滑馆使用2CO 制冷剂快速制冰2.生活中处处有化学，下列叙述正确的是A.某科研所研发的吸入式新冠疫苗性质稳定，可在高温下保存B.我国自主研发的“东方超环(人造太阳)”使用的氕、氘、氚互为同位素C.硅胶、熟石灰、加工后具有吸水性的植物纤维等均可用作食品干燥剂D.聚合硫酸铁()()24x y nFe OH SO ⎡⎤⎣⎦是一种新型絮凝剂，可用于杀灭水中病菌3.设A N 为阿伏加德罗常数的值，下列说法正确的是A.1g 氘和1.5g32He 完全聚变为42He 时，释放的质子数为AN B.24g 镁在足量空气中充分燃烧时转移的电子数大于2AN C.273℃、101.3kPa 时，1L 苯蒸气完全燃烧所生成的气态物质的总分子数约为A4.522.4N D.室温下，1L pH 7=的34CH COONH 溶液中发生电离的2H O 分子数目为7A10N -4.2021年东京奥运会圆满落幕，我国奥运健儿取得骄人成绩。
为了比赛的公平公正，国际奥委会禁止运动员使用兴奋剂。
已知某种兴奋剂的结构如图，下列关于它的说法中不正确的是A.该物质的分子式为15133C H ClOB.该物质分子中所有碳原子可能共平面C.1mol 该物质最多消耗3mol Na 单质D.该物质含4种官能团5.下列离子方程式书写正确的是A.少量的氯化铁溶液与硫化钠溶液反应：3222Fe S =2Fe S +++++↓B.硫代硫酸钠溶液中通入2Cl ：2223224S O 4Cl 5H O=2SO 8Cl 10H---+++++C.()()4422NH Fe SO 溶液与少量()2Ba OH 溶液反应：2244SO Ba SO =Ba -++↓D.碱性条件下，用KClO 溶液与()3Fe OH 反应制备新型净水剂24K FeO ：()24233ClO 2Fe OH =2FeO 3Cl 4H H O---+++++6.科学家合成了一种新的共价化合物(结构如图所示)，W 、X 、Y 、Z 、M 为原子序数依次增大的短周期元素，W 的单质是一种可燃性气体，X 、Z 、M 的最外层电子数之和为16，Z 、M 同主族。
聚合物纳米材料研究进展Ⅱ.聚合物／无机纳米复合材料
．
合材料的一种重要方法 。曹立新 等 曾对 溶胶． 凝
胶 法制 备 有 机一 机纳 米 复合 材 料作 了详 细 的综 无
述 。通常的方法是在有 机金属化 合物或含 ｓ ｉ 的有机物前驱体溶液 中引入有 机相聚合物， 在适 当的条件下 （ 水 解 ） 成 稳定 的溶 胶 ． 后经 过 如 形 然 蒸发干燥转变成凝胶 ． 在无机物溶胶 中加入单 或
粒子 形态 。通 过小 角度 ｘ射 线 衍射 （Ａ Ｓ 证 实 ． ＳＸ ） 了草霉状 聚集 体 内二 氧 化 硅粒 子 之 间 的 距 离 为
１ 溶胶 一 凝胶 法
溶胶 ． 法是制 备 聚合 物， 凝胶 无机 纳 米 粒子 复
４ｍ ｏｈｄｎｏ ｎ 。Ｐｋｏｅｋ 等 在五氧化二矾 ， 四氧化三铁 溶胶中， 制备 了聚苯胺 ． ， 聚苯 胺． ｏ 纳米 ４ 复合材料 ， 作者通过 Ｘ Ｄ Ｉ ｌ －ｓＥ Ｒ等方法 Ｒ ， Ｙ ｖ ，Ｐ Ｒ， Ｖ ｉ 表明导电聚合物与无机物存在分子间相互作用 ．
ｓ 纳 米 复 合 材 料 的热 稳 定 性 和 模 量更 高。
Ａｎｓ ｎｅ 等 采用含 ２ｎ ０ｍ左 右 的纳 米 二 氧化 硅 的
溶胶作为粒子分散 稳定剂制备 了一系列 聚苯胺－ 纳米二氧化硅， 聚吡咯． 纳米二氧化硅的胶体分散 液， 得到导 电聚合物ｔ ． Ｚ氧化硅纳米复合材料。作 者表 明沉 淀在 二氧 化 硅 粒子 表 面 的 聚苯 胺 、 聚吡 咯起到了类似粘结荆的作用 ． 将二氧化硅粒子粘 结在一起 ， 形成 １ — ０ ｒ 草霉状聚集体的复合 ０ ３０ ｎ ０ ａ
基 金项 目： 国家 自然科学基金 资助项 目（ ９￣ ２７ ９ 通 讯 联 系 ＾
四氧化三铁——精选推荐
序号专利号名称摘要1 CN01134340.0 四氧化三铁超细颗粒的球磨工艺本发明涉及磁性材料加工制造业。
本发明是把现在使用的普通球磨机进行湿磨工艺中的磨球大小比例的搭配进行了改动。
从而加强了磨球与被加工物的撞击力，使Fe<sub>3</sub> O<sub>4</sub>的晶体结构破碎力大大的加强。
调整了磨球与被加工物的比例。
增加了被加工物与磨球的接触面，提高了研磨效果。
延长了研磨时间后，使得分解后的单晶体或聚合体的改性修饰更加符合使用要求。
从而使普通的球磨即可加工出纳米级Fe<sub>3</sub>O<sub>4</sub>。
打破了普通球磨机只能加工出0.2 5μm粒径物料的结论。
2 CN89102339.9 生产四氧化三铁黑的工艺方法生产四氧化三铁黑的工艺方法涉及一种从炼钢转炉铁泥中直接提取四氧化三铁黑的工艺方法，至少包括分散、除杂、沉淀、干燥和粉碎等工序，即首先将铁泥微粉化，然后用适当的浓酸进行酸处理，然后将经过酸处理后的铁泥混合液加以沉淀，弃去上清液并调整ＰＨ值，最后将沉淀物干燥、粉碎即得四氧化三铁黑成品。
本发明工艺简单、污染小，所生产的四氧化三铁黑产品可达到国家一级品标准，可广泛用于以转炉铁泥为原料生产四氧化三铁黑产品。
3 CN88104628.0 四氧化三铁超微粒子的制备方法本发明涉及一种四氧化三铁超微粒子的制备方法，主要是通过在反应过程中通入某种保护性气体的微型气泡，将刚生成的四氧化三铁微粒包围，来阻止微粒的长大或聚集成团。
本发明的优点在于简化工艺，降低成本，由反应制成的四氧化三铁超微胶态粒子不仅可用来制备磁流体，而且可用来制干粉，从而可广泛用于制造透明颜料、隐身材料等领域。
4 CN03150724.7 纳米四氧化三铁/聚苯乙烯磁性复合材料及其制备方法一种纳米四氧化三铁/聚苯乙烯磁性复合材料的制备方法，包括如下步骤：将三价铁盐和二价铁盐的水溶液混合，然后向混合物中加入含有表面活性剂的碱溶液进行反应得纳米四氧化三铁粒子，再将反应所得的纳米四氧化三铁粒子球磨分散到苯乙烯单体中进行本体聚合反应制得纳米四氧化三铁/聚苯乙烯磁性复合材料。
纳米材料的制备方法
纳米/微米三维结构的制备纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围(1-100nm)或由它们作为基本单元构成的材料，这大约相当于10~100个原子紧密排列在一起的尺度。
纳米级结构材料简称为纳米材料(nano material)，是指其结构单元的尺寸介于1纳米～100纳米范围之间。
由于它的尺寸已经接近电子的相干长度，它的性质因为强相干所带来的自组织使得性质发生很大变化。
并且，其尺度已接近光的波长，加上其具有大表面的特殊效应，因此其所表现的特性，例如熔点、磁性、光学、导热、导电特性等等，往往不同于该物质在整体状态时所表现的性质。
纳米颗粒材料又称为超微颗粒材料，由纳米粒子(nano particle)组成。
纳米粒子也叫超微颗粒，一般是指尺寸在1～100nm间的粒子，是处在原子簇和宏观物体交界的过渡区域，从通常的关于微观和宏观的观点看，这样的系统既非典型的微观系统亦非典型的宏观系统，是一种典型的介观系统，它具有表面效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应。
当人们将宏观物体细分成超微颗粒（纳米级）后，它将显示出许多奇异的特性，即它的光学、热学、电学、磁学、力学以及化学方面的性质和大块固体时相比将会有显著的不同。
纳米技术的广义范围可包括纳米材料技术及纳米加工技术、纳米测量技术、纳米应用技术等方面。
其中纳米材料技术着重于纳米功能性材料的生产（超微粉、镀膜、纳米改性材料等），性能检测技术（化学组成、微结构、表面形态、物、化、电、磁、热及光学等性能）。
纳米加工技术包含精密加工技术（能量束加工等）及扫描探针技术。
纳米材料具有一定的独特性，当物质尺度小到一定程度时，则必须改用量子力学取代传统力学的观点来描述它的行为，当粉末粒子尺寸由10微米降至10纳米时，其粒径虽改变为1000倍，但换算成体积时则将有10的9次方倍之巨，所以二者行为上将产生明显的差异。
纳米粒子异于大块物质的理由是在其表面积相对增大，也就是超微粒子的表面布满了阶梯状结构，此结构代表具有高表面能的不安定原子。
原位聚合法合成多功能碳纳米管复合材料研究进展
原位聚合法合成多功能碳纳米管复合材料研究进展陈前赫;李岳姝;王艳玲【摘要】原位聚合法是合成碳纳米管的重要方法之一，目前已经被广泛研究。
总结了近年来国内外的研究进展，并对原位聚合法的发展前景进行了展望。
【期刊名称】《高师理科学刊》【年(卷),期】2016(036)004【总页数】1页(P42-42)【关键词】碳纳米管;复合材料;原位聚合【作者】陈前赫;李岳姝;王艳玲【作者单位】黑龙江工业学院环境工程系，黑龙江鸡西158100;黑龙江工业学院环境工程系，黑龙江鸡西158100;黑龙江工业学院环境工程系，黑龙江鸡西158100【正文语种】中文【中图分类】TQ317.4碳纳米管不仅具有优异的力学、电学和化学性能，其六角形网络结构存在弯曲，形成了空间拓扑结构，表面具有高离域化的大π键．这种结构导致碳纳米管表面结合一定的官能团[1]，使其具有更广泛的应用．目前，常见的碳纳米管复合材料制备方法有共混法、接枝法和原位聚合法等．原位聚合法是经预处理碳纳米管，使其表面带有羧基和羟基，超声分散均匀后合成单体，再引发单体原位聚合，制备具有功能性的复合材料．11 原位聚合法合成碳纳米管复合材料性能研究由于碳纳米管性能稳定，不易反应，通常对其表面进行预处理．陈思[2]以温度、回流时间和酸化条件作为因素进行正交实验，分别加入浓硫酸和浓硝酸，酸化处理碳纳米管使其表面带有大量羧基和羟基．采用原位聚合法合成聚己二酸-1，3丙二醇酯-羟基碳纳米管，分析了影响缩聚产物的因素．结果表明，以0.3%质量分数的正丁酯作为催化剂，可以得到结晶度最大的缩聚产物．卢志华[3]等采用酸化法处理多壁碳纳米管，利用原位聚合法制备碳纳米管/羟基磷灰石复合粉体．结果表明，所得粉体中仅有碳管和羟基磷灰石2种物相，并能均匀吸附在碳纳米管表面，形成了较强的界面结合．李海芳[4]等采用1-（3-二甲基氨基丙基）-3-乙基碳二亚胺（EDC）和N-羟基琥珀酰亚胺（NHS）作为交联剂，利用硅烷氨基处理的磁性Fe3O4纳米粒子与羟基化的单壁碳纳米管进行反应，合成了具有很好分散固相的萃取剂，其可以应用于奶制品香兰素添加剂样品的前处理富集材料．赵晓峰[5]等先将苯胺单体接枝到碳纳米管表面后，利用原位聚合法制备碳纳米管/聚苯胺复合材料．结果表明，聚合方式是邻位聚合，且复合材料的比容量达到了152 F/g（有机电解液），电性能明显提高，可被广泛应用．谭富增[6]等通过缩聚己二醇和2，2-二羟甲基丙酸，制备了水溶性端羟基超支化聚酯，通过酰氯化法合成复合材料．结果表明，复合材料的相对分子质量分布较窄，改性的碳纳米管复合材料在有机溶剂中的溶解性明显提高．马金[7]等先将碳纳米管处理，得到羟基改性的碳纳米管，利用原位聚合法合成碳纳米管/聚脲纳米复合材料，碳纳米管以共价键连接到端异氰酸根预聚物，随着碳纳米管含量的增加，碳纳米管/聚脲纳米复合材料的凝胶含量和拉伸强度有显著提高．赵晓峰[8]等先将苯胺单体接枝到碳纳米管表面后，利用原位聚合法制备碳纳米管/聚苯胺复合材料．结果表明，聚合方式是邻位聚合，且复合材料的比容量达到了152 F/g（有机电解液），电性能明显提高，可被广泛应用．2 展望原位聚合法是目前改性碳纳米管复合材料的主要研究方法之一，其通过对碳纳米管表面特性的改善，提高了其反应能力，并促进不同聚合物的分散性和相容性，使其与碳纳米管的相互作用力得到增强，改善了整体性能，为实现碳纳米管的功能化和增加应用领域提供重要途径．然而，在改善复合材料整体性能方面，仍有以下问题：（1）如何进一步改善碳纳米管的团聚现象；（2）如何提高碳纳米管与聚合物之间的相容性；（3）碳纳米管的加入对高聚物的影响因素．因此，深入研究碳纳米管改性反应机理，进一步研究聚合物与碳纳米管之间的相互作用及影响因素，实现多种材料的复合及工业化生产都是急需解决的重要课题．碳纳米管作为新世纪最有前途的研究材料之一，已经成为科学研究的焦点．[1] 刘丹，张锦．单壁碳纳米管的分离方法[J]．科学通报，2014，59（33）：3240-3263[2] 陈思．碳纳米管的功能化处理及聚己二酸-1，3-丙二醇酯-羟基碳纳米管共聚物的制备及性能研究[J]．材料导报，2012，26（20）：64-68[3] 卢志华，孙康宁，赵中帆，等．原位合成制备碳纳米管/羟基磷灰石复合粉体[J]．硅酸盐学报，2007，35（2）：212-215[4] 李海芳，杨红云，张英，等．四氧化三铁/单壁碳纳米管磁性复合纳米粒子分散固相微萃取——高效液相色谱法测定牛奶中的香精添加剂[J]．色谱，2014，32（4）：413-418[5] 赵晓峰，江奇，郭亚楠，等．有机化学合成法制备碳纳米管/聚苯胺复合材料[J]．无机化学学报，2010，25（1）：91-95[6] 谭富增，陆绍荣，曾芩，等．端羟基超支化聚酯接枝碳纳米管的合成与表征[J]．化工新型材料，2015，43（3）：123-125[7] 马金，高新田，吴伟峰，等．碳纳米管/聚脲纳米复合材料的制备和性能[J]．涂料工业，2010，40（11）：24-26[8] 赵晓峰，江奇，郭亚楠，等．有机化学合成法制备碳纳米管/聚苯胺复合材料[J]．无机化学学报，2010，25（1）：91-95。
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碳/四氧化三铁纳米复合材料合成研究＊马传国,逯 伟,郑海军,王亚珍,罗 炎(桂林电子科技大学信息材料科学与工程系,广西桂林541004)
摘 要:为提高四氧化三铁纳米粒子的催化活性和稳定性,采用均匀沉淀方法制备了活性炭/四氧化三铁(AC/Fe3O4)粒子和碳纳米管/四氧化三铁(CNTs/Fe3O4)粒子两种复合材料,利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射分析(XRD)以及热重分析(TGA)对复合粒子进行了表征,并测定了它们的电化学性能。研究结果表明:采用该方法制备的四氧化三铁粒子纯度高、大小均匀,粒径在40～100nm;CNTs/Fe3O4中的四氧化三铁粒子粒径较AC/Fe3O4中的更小;经过超声波作用后CNTs/Fe3O4的稳定性较好,而AC/Fe3O4的稳定性很差;两种复合材料均能改善
镧镁镍合金的放电比容量和稳定性。 关键词:碳纳米管;活性炭;四氧化三铁;纳米复合材料 中图分类号:TQ138.11 文献标识码:A 文章编号:1006-4990(2009)04-0024-04
Studyonpreparationofnano-sizedcarbon/ferroferricoxidecompositematerialMaChuanguo,LuWei,ZhengHaijun,WangYazhen,LuoYan(DepartmentofInformationalMaterialScienceandEngineering,GuilinUniversityofElectronicTechnology,Guilin541004,China)
Abstract:Twokindsofferroferricoxide(Fe3O4)nanocompositesnamelytheactivecarbon/ferroferricoxide(AC/Fe3O4)andcarbonnanotubes/ferroferricoxide(CNTs/Fe3O4)werepreparedbyhomogenousprecipitationmethodinordertoimprovecatalyticactivityandstabilityofFe3O4nano-particles.Compositeparticleswerecharacterizedbythemeansofscanningelectronicmicroscope(SEM),X-raydiffraction(XRD),andthermogravimeticanalysis(TGA)andtheirelec-trochemicalpropertieswereinvestigated.ResultsshowedthattheobtainedFe3O4particleshadhighpurityandwerewelldis-tributedintheparticlesizerangeof40～100nm.Afterultrasonictreatment,CNTs/Fe3O4compositewasmorestablethanAC/Fe3O4composite.Fe3O4particlesinCNTs/Fe3O4compositeweresmallerthanthatinAC/Fe3O4composite.Bothcom-positeshadimproveddischargecapacityandstabilityofLaMgNi4alloy. Keywords:carbonnanotubes;activecarbon;ferroferricoxide;nano-compositematerial
纳米四氧化三铁具有优异的磁性,在磁记录、传感器、吸波、靶向定位、催化剂、电化学等许多领域都有潜在的广泛应用[1]。在实际中,把纳米材料应用到靶向定位、催化剂、电化学这些领域时,通常都需要将这些纳米材料负载在特定的载体材料上,如二氧化硅、硅藻土、氧化铝、活性炭(AC)、碳纳米管(CNTs)等载体,其目的是提高纳米材料的活性、效率以及稳定性等。AC和CNTs都具有较大的比表面积,是人们常选择的载体对象,尤其是后者。CNTs是具有特殊电、磁、光性能的最具代表性的纳米材料,具有特殊的管状结构,比表面积更大。近几年,将CNTs与其他纳米粒子复合制备新型功能性复合材料的研究一直是CNTs研究领域的一个热点且受到越来越多的关注[2-6]。目前,对于纳米四氧化三铁粒子的制备与应用已有较多研究[7-13],但对
制备负载型的纳米四氧化三铁材料的相关研究却很少[3]。纳米四氧化三铁的制备方法[1,14]主要有沉淀法、微乳液法、水热法及高温热分解法等,其中沉淀法主要包括共沉淀法、氧化沉淀法、还原沉淀法等。另外,ThapaDeepa等[7]提出一种新的沉淀方法,即在80～90℃下,先将FeCl2·4H2O和NH4OH充分反应,得到前驱体沉淀,将沉淀在室温下空气中放置一段时间,即可得到Fe3O4。这种方法工艺简单,得到的粒子粒径较小、均匀,但由于制备前驱体的方法为直接沉淀法,使其最后得到的Fe3O4中含有少量的Fe2O3杂质。为克服这一缺点,笔者探索
＊基金项目:广西科学基金项目(桂科青0728088);广西区教育厅科技项目(ZT6300)。
24 无机盐工业INORGANICCHEMICALSINDUSTRY 第41卷第4期2009年4月采用均匀沉淀法[15]制备前驱体,然后再用相同工艺制备了以AC和CNTs为载体的Fe3O4复合材料。采用X射线衍射(XRD)、热重分析(TGA)、扫描电镜分析(SEM)对其进行了表征,并初步探索了它的电化学性能。1 实验部分1.1 原料及仪器 碳纳米管(CNTs),深圳纳米港科技有限公司提供,多壁型,纯度在95%以上,直径为40～60nm,长度为5～15μm;活性炭(AC),分析纯,粒径为51μm,广东光华化学厂有限公司;四水氯化亚铁(FeCl2·4H2O)、六水硝酸锌[Zn(NO3)2·6H2O]、尿素[CO(NH2)2]、无水乙醇,均为分析纯,广东汕头市西陇化工厂;LaMgNi4合金,实验室自制。扫描电镜分析仪,JSM-5610LV型,日本电子株式会社。制样过程:一种方法是直接将粉末状样品均匀地撒到粘有导电胶的样品台上;另一种方法是先将粉末样品分散到无水乙醇中超声波处理15min,然后将得到的悬浊液滴到样品台上并加以干燥处理,最后两种方法制备的样品在测试前都需进行喷金处理。多功能X射线衍射仪,德国布鲁克公司,型号为DS-ADVANCE,Cu靶,电压为40kV,电流为40mA,扫描速度为3(°)/min,扫描范围为10～80°。热重分析仪,RZS热分析系统,北京光学天平仪器厂,空气气氛,升温速度为10℃/min,升温范围为30～1000℃。CT2001A电池测试仪,LAND系列,武汉金诺电子有限公司。采用的活化充放电实验条件一般为:充电电流为150mA/g,充电时间为4.5h,放电电流为30mA/g,放电截止电压为0.9V,在每次充、放电间隔,电池开路搁置10min,测试温度为室温。1.2 样品制备 实验采用尿素为沉淀剂,与氯化亚铁反应生成氢氧化亚铁,然后再经过氧化处理和脱水生成四氧化三铁,反应原理[7,15]如下:尿素水解反应CO(NH2)2+3H2OCO2←+2NH3·H2O(1) 沉淀反应Fe2++2NH3·H2OFe(OH)2+2NH+4(2) 氧化反应6Fe(OH)2+O22Fe3O4+6H2O(3) 具体制备过程:1)碳材料的纯化:取一定量原始CNTs和AC,加入一定量20%(质量分数)的稀硝酸超声分散2h,然后在40℃搅拌浸泡6h;之后用砂芯漏斗抽滤,蒸馏水洗涤至中性;最后将样品于120℃干燥12h。2)碳材料/Fe3O4复合材料的制备:先将6g的FeCl2·4H2O和6g的CO(NH2)2混合并配成100mL的水溶液,然后加入1g经过上述纯化工艺的碳材料,将该混合体系放入95℃的恒温水浴中,常压下搅拌反应一定时间;过滤得到负载有Fe(OH)2沉淀产物的碳材料,并先后用蒸馏水和无
水乙醇洗涤,以除去没有反应的反应物;随后在空气中室温下放置12h,最后在80℃真空干燥24h,除去样品中的水分,得到碳材料/Fe3O4复合材料。储氢性能样品的制备:将非晶LaMgNi4合金与不同碳材料/Fe3O4按质量比为9∶1的比例混合,用机械球磨法混合均匀,球磨时间为4h,氮气保护;然后将粉末样品与导电剂Ni粉充分混合均匀,并用一定量的聚乙烯醇(PVA)水溶液(质量分数为4.0%)黏结剂调匀后,涂覆于点焊有镍导线的泡沫镍集流体上,烘干、压制、修整后即可得到贮氢电极。将电极片与隔膜、烧结式NiOOH/Ni(OH)2正极片组装,置于有机玻璃容器中,注入6mol/LKOH电解液,静置一定时间,让电解液充分浸润电极片,待测电性能。
2 结果与讨论2.1 XRD分析 采用XRD对样品进行物相分析,并利用谢乐公式D=Kλ/βcosθ求算Fe3O4的微晶尺寸。式中D为微晶尺寸(nm);K是常数,取0.89;λ为X射线入射线波长,取λ=0.15405nm;β为某一晶面的衍射峰半高宽(rad);θ为对应的布拉格角(rad)。图1是两种样品的XRD谱图。从图1可以看出,在2θ=30.1,35.4,37.1,43.1,53.4,57.0,62.6°出现的衍射峰,分别对应Fe3O4(PDF65-3107#)的(220),(311),(222),(400),(422),(511),(440)晶面。在2θ=26.4°出现的衍射峰,是石墨碳的特征衍射峰(002),CNTs样品对应的该峰较AC的强很多,这表明,CNTs和AC中部分碳是石墨结构,且前者的结晶程度较后者高许多。从图1还可以看出,除了Fe3O4和石墨之外没有发现其他物相,比如最常见的干扰杂质Fe2O3,这说明负载的Fe3O4纯度较高。由谢乐公式计算了Fe3O4的几个不同晶面的晶粒尺寸,如表1所示。从表1数据看出,负载在CNTs上的Fe3O4的这几个晶面的晶粒尺寸都小于负载在AC上的Fe3O4的尺寸,这主要是
252009年4月 马传国等:碳/四氧化三铁纳米复合材料合成研究