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磁铁矿与赤铁矿型纳米晶的形貌和尺寸控制生长及其性能调变

陈立桥  刘伟平  陈家林  杨贤锋  刘佳  扶雄辉  吴明娒  
【摘要】:通过采用水与醇的混合体系作溶剂,单分散的磁铁矿Fe3O4和赤铁矿α-Fe2O3纳米晶被成功获得,纳米晶的形貌和尺寸均能通过简单的方式得以调控.产物的结构通过X射线衍射和电镜进行表征分析,样品的磁性和催化性能也被研究和比较.水与醇的混合体系为氧化铁的制备和控制生长提供了一种非常好的液相介质.由于α-Fe2O3的001面为极性面,因而可以通过醇的极性大小来控制晶体的001面的生长,获得厚度可调的片状赤铁矿纳米晶,而醇的极性与醇的碳链长短相关.对于磁铁矿Fe3O4,其晶体这种特殊结构的存在,醇对晶体各个方向的影响基本一致,因而在生长过程中晶粒形貌没有发生变化,但两种醇对Fe3O4吸附能力不同,从而导致了两种溶剂中获得的样品的颗粒尺寸的不同.对两种氧化铁的磁性研究发现,300K下,两种晶型的纳米晶均具有尺寸或形貌决定的磁性能.对于Fe3O4,当晶粒尺寸为35nm时,饱和磁化强度(Ms),剩余磁化强度(Mr)及矫顽力(Hc)分别为74.2emu/g,9.4emu/gand107Oe.而当晶粒尺寸减小到25nm时,Ms,Mr和Hc的值分别变为72.8emu/g,10.4emu/g和117Oe.饱和磁化强度随晶粒尺寸的较小而减小,而剩余磁化强度和矫顽力却增加.对于α-Fe2O3,片状样品的矫顽力为298Oe,远大于颗粒状样品.有趣的是,这个值也高于文献报道的直径为30~50nm,长度为500~1100nm的纳米棒,这可能是由于本文的样品在制备过程中没有使用表面活性剂,使得晶粒表面相对干净,从而样品表现了增强的磁行为.文中也比较研究了四个氧化铁样品对高氯酸铵催化热分解的性能.结果表明Fe3O4比α-Fe2O3具有更好催化性能,而且片状α-Fe2O3的性能最为优越,可能与片状α-Fe2O3的特殊结构有关.

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