磁性催化剂研究进展

磁性催化剂是一类具有磁响应特性的催化剂,特别是纳米磁性催化剂不仅应具有磁分离特性,而且应具有纳米材料的优异特性以及不同于常规催化剂的优异催化活性.在化工生产过程中可以强化化学反应和分离过程,也可以简化整个工艺流程.介绍了磁性催化剂,特别是纳米磁性催化剂的特性,并综述了近年来磁性催化剂在固体酸催化、固体碱催化、相转移催化、光催化、生物催化等领域的应用研究进展.旨在探讨磁性催化剂制备方法和应用领域,同时提出了磁性催化剂应用过程中存在的问题和发展方向.     

反相乳液界面合成中空Fe3O4/SiO2磁性微胶囊

报道了一种简单合成中空Fe3O4/SiO2磁性微胶囊的方法,即以反相乳液的水滴作为形成中空结构的软模板,通过界面溶胶-凝胶过程,制备中空Fe3O4/SiO2磁性微胶囊。利用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、选区电子衍射(SAED)、多晶粉末X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)及磁滞回线测量等手段对样品的结构和性质进行表征和研究。XRD、SAED和FTIR分析结果表明,微胶囊由SiO2和Fe3O4磁性纳米粒子(MPs)组成。SEM和TEM观察结果表明,微胶囊具有中空结构,且SiO2壳层具有多孔特性。磁性能检测结果表明,微胶囊具有超顺磁性和磁响应性。通过对比实验,提出SiO2界面异相成核的中空磁性微胶囊的形成机理。     

2,4,6-三硝基甲苯磁性分子印迹聚合物的合成

以2,4,6-三硝基甲苯(TNT)为模板分子、氨丙基三乙氧基硅烷为功能单体、正硅酸乙酯为交联剂,采用溶胶凝胶法成功制备了对TNT具有特异选择识别功能的磁性分子印迹聚合物。合成制备的磁性分子印迹聚合物具有良好的磁响应性,在外加磁场下可实现快速分离。红外光谱(FT-IR)、X射线光电子能谱和扫描电镜结果证实聚合物为核壳结构,磁性粒子由硅烷偶联剂完全包覆,并在其表面形成了一层分子印记聚合物;静态吸附实验结果表明,制备的磁性分子印迹聚合物对模板分子TNT具有良好的吸附能力,其饱和吸附量为77mmol/kg;通过以3,4-二硝基甲苯(DNT),为结构相似物的吸附选择性实验,磁性印迹聚合物对模板分子表现出良好的特异选择性。     

磁性木薯淀粉微球的结构表征及反应机理研究

以木薯淀粉(St)和自制纳米表面改性Fe3O4(M)微粒为主要原料,采用反相乳液聚合法制备了磁性木薯淀粉微球(MSt),并通过红外光谱(FT-IR)、X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)、同步热分析(TG-DSC)和振动样品磁强计(VSM)等手段对磁性木薯淀粉微球进行结构性能分析和反应机理探讨。结果表明,FT-IR分析显示磁性微粒Fe3O4与淀粉成功发生交联反应;TEM和XRD分析显示微球具有以Fe3O4为核淀粉为壳的核壳结构;TG-DSC分析表明微球的热稳定性相比原淀粉略有降低;微球的饱和磁化强度为7.07emu/g,磁化率为3.005×10-6emu/Oe,微球具有磁响应性和超顺磁性。该微球反应历程符合自由基聚合机理。     

核-壳型磁性金属有机骨架材料Fe_3O_4@IRMOF-3的合成、表征及其催化反应研究

以Fe3O4为核心,以IRMOF-3为壳层,采用层层包裹的方法制备了核-壳结构的磁性Fe3O4@IRMOF-3材料。用X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、透射电镜(TEM)、及扫描电镜(SEM)等手段对材料进行表征,并考察了材料在Knoevenagel缩合反应中的催化反应性能。实验结果表明,Fe3O4@IRMOF-3材料呈现出Fe3O4和IRMOF-3的双重功能,既可以磁性分离,又具有IRMOF-3的晶体结构、孔结构和催化性能,在Knoevenagel缩合反应中表现出较好的催化活性、选择性和稳定性。     

可控制备磁性四氧化三铁-金纳米复合颗粒及其催化性能研究

随着纳米催化剂的不断发展, 基于纳米金的多功能复合材料以其高效的催化性能而受到广泛关注。本研究采用简单可控的原位还原法, 制备了一种粒径均一、分散性良好、可快速磁分离且具有高催化活性与催化稳定性的磁性四氧化三铁-金纳米复合颗粒。首先用有机硅源-巯丙基三乙氧基硅烷(MPTES)水解得到的有机硅层来包覆粒径约100 nm的亲水四氧化三铁(Fe₃O₄)纳米颗粒, 再通过有机硅层表面的巯基来锚定原位还原生成的尺寸可控的金纳米颗粒(2 nm或6 nm), 得到内核为四氧化三铁、壳层为金纳米颗粒均匀修饰有机硅层的磁性氧化硅复合颗粒。利用透射电子显微镜(TEM)、动态光散射仪(DLS)和振动样品磁强计(VSM)等对所合成材料进行系统表征, 结果表明: 合成的磁性氧化硅复合颗粒核壳结构明显, 分散性良好, 粒径约为150 nm; 饱和磁强度为32.1 A•m²/kg, 具有良好的超顺磁特性。将其应用于4-硝基苯酚的催化还原, 转化频率(TOF)值高达70 s^-1, 远高于文献报道值, 五次循环反应后的转化率依然高达98%, 证实其具备高催化活性及良好的循环催化性能。     

Fe_3O_4/聚苯乙烯-丙烯酸磁性微球的制备与表征

在Fe3O4磁流体存在下进行双层表面活性剂改性,采用改进的乳液聚合法制备了以苯乙烯和丙烯酸的共聚物为壳的磁性高分子微球。在扫描电镜下观察磁性微球的粒径为250nm左右;通过红外光谱(FT-IR)、XRD、热重分析等手段表征了磁性微球的组成成分、结构的变化以及Fe3O4磁性含量。实验表明,在优化的实验条件下,可以制得磁含量高达32%的磁性复合微球。     

磁性核壳Fe3O4/P(GMA-DVB)-SH-Au复合催化剂的制备及催化性能

首先通过水热法合成了单分散空心Fe3O4磁球,之后利用蒸馏沉淀聚合将P(GMA-DVB)聚合物层包覆在Fe3O4磁球表面形成Fe3O4/P(GMA-DVB)核壳结构,巯基化处理后吸附Au纳米粒子,得到磁性核壳Fe3O4/P(GMA-DVB)-SH-Au复合催化剂。利用TEM,SEM,FTIR,XRD,TGA,VSM及UV-vis对其进行表征,并考察该催化剂在催化还原4-硝基苯酚反应中的催化性能。结果表明合成的材料粒径均匀,球形度规整,核壳结构明显,在催化反应中,Fe3O4/P(GMA-DVB)-SH-Au表现出优异的催化性能,而且经过连续8次循环使用后,催化效率仍可保持80%以上。     

核-壳型罗丹明6G磁性分子印迹固相萃取材料的合成与表征

采用化学共沉淀法制备Fe3O4磁性纳米粒子,以3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)对其表面进行氨基硅烷化改性,形成Fe3O4@SiO2-NH2纳米粒子。以其作为磁性核,采用表面印迹技术,以罗丹明6G为模板,丙烯酰胺(AM)为功能单体,三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯(TRIM)为交联剂,在Fe3O4@SiO2-NH2表面形成罗丹明6G分子印迹聚合膜,制备了核-壳型罗丹明6G磁性分子印迹聚合物(Fe3O4@MIPs),对合成条件进行了优化。分别采用红外光谱(FT-IR)、场发射扫描电镜(FESEM)、振动样品磁强分析(VSM)和热重分析(TGA)等仪器分析手段,对Fe3O4@MIPs的结构进行表征。结果表明,所制备的核-壳型磁性分子印迹聚合物具有高吸附容量及显著选择性;在外加磁场作用下Fe3O4@MIPs可快速与样品基质分离,大大提高了实验效率。Fe3O4@MIPs作为一种新型固相萃取材料,可以从样品中选择性分离和富集违规添加的罗丹明6G,可应用于食品的安全检测。     

具有pH值敏感的磁性β-环糊精微球的制备与性能

采用反相乳液聚合法,由改性磁性Fe3 O4纳米粒子、β-环糊精(β-CD)、丁二酸酐(SA)制备了具有pH值敏感的β-环糊精磁性微球;通过红外光谱、透射电镜对微球进行了结构表征和形貌观察,并探讨了微球的pH值敏感性和磁响应性能.结果表明:制备的β-CD微球为核壳结构,粒径为20μm左右,具有良好的磁性和pH值敏感性.     

微波吸收复合材料Ag/NiFe2-xCexO4的制备与表征

用水热法分别制备了镍铁氧体粉末(NiFe2O4)及其单质银复合、Ce^3+掺杂镍铁氧体粉末(Ag/NiFe2-xCexO4)复合物。用粉末X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、振动样品磁强计(VSM)和矢量网络分析仪(VAN)等分别表征了产物的结构、形貌、电磁性能。结果表明,水热法一步可制备出Ag/NiFe2-xCexO4复合物,Ag/NiFe2-xCexO4复合物的组分之间存在一定的相互作用;通过银单质复合与铈离子掺杂对铁氧体的比饱和磁化强度影响较大,但对矫顽力影响不大。与单一组分相比,Ag/NiFe2-xCexO4复合物表现出更优良的微波吸收性能,当x=0.08时,s11(Ag/NiFe1.92Ce0.08O4)=-22.80 dB,s12(Ag/NiFe1.92Ce0.08O4)=-4.04 dB。通过掺杂与复合其介电损耗和磁损耗都有提高,介电损耗提高更明显,是颇具应用前景的微波吸收材料。     

NiFe_2O_4/T-ZnO_w复合材料的制备及磁性能

采用化学镀法在四角氧化锌晶须(T-ZnO_W)表面包覆NiFe_2O_4镀层,制备了NiFe_2O_4/T-ZnO_W复合材料。利用X射线衍射仪、扫描电镜、能谱分析仪、振动样品磁强计对镀覆前后T-ZnOw的结构、形貌等进行了表征。结果表明,化学镀覆后,在T-ZnO_W表面包覆了致密的尖晶石型NiFe_2O_4镀层,T-ZnO_W针尖部位生成的镀层厚度比根部薄。NiFe_2O_4/T-ZnO_W复合材料具有软磁特性。随着退火温度的升高,复合材料的饱和磁化强度和矫顽力逐渐升高,在800℃达到最高。     

核壳结构SrFe12O19NiFe2O4复合纳米粉体的吸波性能

以Fe(NO₃)₃、 Ni(NO₃)₂和Sr(NO₃)₂为主要原料, 通过两步柠檬酸盐溶胶-凝胶法, 制备出核-壳结构SrFe₁₂O₁₉-NiFe₂O₄磁性纳米复合粉体。采用XRD、 TEM、 VSM及矢量网络分析仪对合成的粉体的结构、 形貌及吸波性能进行了分析研究。结果表明, 复合粉体的相结构与NiFe₂O₄含量有关, 当SrFe₁₂O₁₉与NiFe₂O₄的质量比为1∶2、 烧结温度为1050℃时, 复合纳米粉体的相与NiFe₂O₄接近, 核-壳结构SrFe₁₂O₁₉-NiFe₂O₄纳米复合粉体的饱和磁化强度(M_s)(51.4 emu/g)比单体SrFe₁₂O₁₉纳米粉体 (42.6 emu/g)的大; 但矫顽力(H_c) (336 Oe)比单体SrFe₁₂O₁₉纳米粉体的小, 在SrFe₁₂O₁₉ 与NiFe₂O₄的矫顽力5395～160 Oe之间。在频率为8～18 GHz范围内, 微波吸收逐渐增强, 当频率为12 GHz时, SrFe₁₂O₁₉-NiFe₂O₄纳米复合粉体的微波吸收达到最大值-9.7 dB, 是一种性能优良的吸波材料。      

Effect of strain on ferroelectric and magnetic behavior in Pb(Zr0.52Ti0.48)O3-based magnetoelectric heterostructures

In this paper, the "sandwich" structured magnetoelectric composite films of Pb(Zr0.52Ti0.48)O3/ NiFe2O4/Pb(Zr0.52Ti0.48)O3 and Pb(Zr0.52Ti0.48)O3/CoFe2O4/Pb(Zr0.52Ti0.48)O3 are epitaxially grown on SrRuO3/SrTiO3 substrates by pulsed-laser deposition. The crystalline quality and microstructures of these heterostructures are investigated by X-ray diffraction technique. The effects of strain on the ferroelectric, magnetic and magnetoelectric coupling properties of these thin films are systematically studied. The results show that the strain effect induced by lattice mismatch between the ferroelectric/ferromagnetic layers plays an important role in the ferroelectric and magnetic properties of these composite films. Compared to the strained Pb(Zr0.52Ti0.48)O3/ CoFe2O4/Pb(Zr0.52Ti0.48)O3 heterostructure, improved ferroelectric properties with an out-of-plane polarization (2P(r)) of 34.2 microC/cm2 and electric coercivity field of 158 kV/cm are obtained in the strain-free Pb(Zr0.52Ti0.48)O3/NiFe2O4/Pb(Zr0.52Ti0.48)O3 heterostructure. The ME measurement results not only show that the strain induced by lattice mismatch has great influence on the ME behavior, but also provide an understanding of the multilayers with full control over the interface structure at the atomic-scale.     

Direct formation of reusable TiO2/CoFe2O4 heterogeneous photocatalytic fibers via two-spinneret electrospinning

A reusable photocatalytic TiO2/CoFe2O4 composite nanofiber was directly formed by using a vertical two-spinneret electrospinning process and sol-gel method, followed by heat treatment at 550 degrees C for 2 h. The high photocatalytic activity of the composite nanofibers depends on the good morphology of the fibers and the appropriate calcination temperature. The crystal structure and magnetic properties of the fibers were characterized by X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), energy dispersion spectroscopy (EDS), transmission electron microscope (TEM) and vibrating sample magnetometer (VSM). The photocatalytic activity of the TiO2/CoFe2O4 fibers was investigated through ultraviolet-visible absorbance following the photo-oxidative decomposition of phenol. Meanwhile, the presence of CoFe2O4 not only broadens the response region of visible light, but also enhances the absorbance of UV light. Furthermore, these fibers displayed photocatalytic activity associated with magnetic activity of CoFe2O4 ferrites, allowing easy separated of the photocatalysts after the photo-oxidative process and effectively avoided the secondary pollution of the treated water.     

Fe对(Cu-Ni-Fe)-xNiFe2O4复合惰性阳极低温铝电解成膜机制的影响

以高温固相合成的NiFe_2O_4和Cu,Ni,Fe金属粉为原料,采用冷压烧结法制备不同合金相含量的(Cu-Ni-Fe)-xNiFe_2O_4(x=50,60,70,80,质量分数/%,下同)金属基复合惰性阳极材料,研究合金相中Fe元素对(Cu-Ni-Fe)-xNiFe_2O_4金属基复合惰性阳极材料烧结和电解过程中基体成分与微观组织的影响,发现合金相中的Ni,Fe及NiFe_2O_4陶瓷相在烧结和电解过程中发生了可逆的氧化还原反应,使得NiFe_2O_4相发生解离和再生成。对(Cu-Ni-Fe)-xNiFe_2O_4金属基复合惰性阳极材料进行了低温电解性能测试,研究其在电解过程中的成膜过程和腐蚀行为。结果表明:(Cu-Ni-Fe)-xNiFe_2O_4金属基复合惰性阳极材料电解过程中电压稳定,铝液杂质含量低于0.7%(质量分数),有望解决金属陶瓷阳极热稳定性差的问题,是理想的惰性阳极材料。     

纳米NiFe2O4的制备及其对高氯酸铵的热分解催化性能

采用水热法制备出纯相的NiFe2O4纳米颗粒。利用X射线衍射仪(XRD),透射电镜(TEM)和傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)对样品进行了表征,并运用热分析法和质谱仪研究了样品对高氯酸铵的热分解催化性能。结果表明,制备的NiFe2O4纳米颗粒粒径约为5.0nm,对高氯酸铵的热分解具有很高的催化活性。当NiFe2O4纳米颗粒的添加量达到10%时,对高氯酸铵的热分解催化性能最好,可使高氯酸铵的高温分解温度降低89.8℃。     

Reduced Surface Effects and Reduced Inter-particle Interactions in NiFe2O4/TiO2 Nanocomposites

Journal of Superconductivity and Novel Magnetism - The magnetic properties of nickel ferrite (NiFe2O4) nanoparticles (NPs) and its composite with titanium oxide (TiO2) have been studied in detail....     

多孔壳/磁核结构光催化剂的制备及表征

以聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯三嵌段共聚物(P123)为结构导向剂,钛酸丁酯(TBOT)为钛源,SiO2/NiFe2O4为核,制备了具有多孔结构可磁分离的Ti O2/SiO2/NiFe2O4光催化剂。采用N2吸附-脱附、TEM、HRTEM、SEM、XRD和VSM等手段对样品进行分析表征。样品颗粒呈球形,分布均匀,平均粒径约为40nm,具备良好的磁分离性能。以硝基苯为模拟物测定其光催化活性,UV光照条件下,240min内硝基苯污染物降解完全,表明该光催化剂具有良好的光催化活性。     

磁性纳米钌催化剂的制备及对聚苯乙烯催化加氢的催化性能

通过化学共沉淀法制备了Fe3O4,利用硅酸钠水解、缩合制备了具有核壳结构SiO2/Fe3O4复合纳米粒子。利用红外光谱(FT-IR)、扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)以及振动样品磁强计(VSM)技术对其进行了表征。将所得的磁性纳米SiO2/Fe3O4用有机硅改性的聚乙烯吡咯烷酮进行表面修饰,利用原位还原RuCl3的方法将金属Ru负载到磁性载体上,制备了磁性纳米催化剂Ru/PVP/SiO2/Fe3O4。探讨了所得催化剂对聚苯乙烯氢化反应的催化性能,考察了反应压力、温度、时间以及溶剂等对催化性能的影响。结果表明,随着反应温度的升高、压力的增加,催化活性提高;当反应温度为393K、氢气压力为8 MPa、反应时间为5 h时,聚苯乙烯氢化度可以达到90%以上。