锂离子电池负极材料α-Fe_2O_3的研究进展

锂离子(Li~+)电池属于绿色环保电池,近年来已成为国际上研究的热点。α-Fe_2O_3理论电容量高(1007mAh/g)、储量丰富,具有代替传统石墨负极材料的潜力。其中纳米结构的α-Fe_2O_3可以有效地改善α-Fe_2O_3易团聚、体积易膨胀、电极易粉碎的问题。综述了近年来纳米结构α-Fe_2O_3及其复合材料在结构和电化学性能两方面的研究进展,并对其发展趋势进行了展望。     

络合法制备均匀γ-Fe_2O_3纳米颗粒@多层石墨烯复合材料研究

采用水热反应中的金属离子络合一步制备均匀超细磁性γ-Fe_2O_3纳米颗粒@多层石墨烯复合材料,无需对石墨烯进行氧化处理。采用超声法制备多层石墨烯作为基片,制备方法简单,石墨烯表面的含氧官能团少。以FeCl_2为反应物,以DMF(N,N二甲基甲酰胺)和水混合液作为溶剂,其中DMF能起到络合金属离子的作用。实验研究了乙酸钠、反应温度及填充度对制备产物的影响。采用X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)对复合材料进行微结构分析,采用振动样品磁强计(VSM)测试了复合材料的磁性能。研究结果表明:利用亚铁离子与DMF形成的络合物与碳环的π–π吸附作用可以在多层石墨烯表面生成铁氧化物。通过控制亚铁离子的氧化速度和氧化铁的生长速度,在多层石墨烯表面获得了尺寸小于10 nm的均匀γ-Fe_2O_3纳米颗粒,复合材料具有良好的磁性能。     

兰州化物所超薄α-Fe_2O_3光电催化分解水制氢研究取得新进展

正太阳能光(电)催化分解水制氢是解决目前能源短缺与环境污染问题的理想途径之一。氧化铁(α-Fe_2O_3)由于具有较高的稳定性、较低的能带结构(2.1eV)以及自然储备丰富等优势,成为目前光电催化分解水制氢领域中的重要材料。然而,氧化铁同时具有导电性差、光生电子-空穴复合较快等缺陷,严重限制了其实际应用。中国科学院兰州化学物理研究所能源与环境纳米催化     

煅烧工艺对α-Fe_2O_3磁性纳米纤维形貌及性能的影响研究

结合静电纺丝和水热合成技术制备PVA/Fe_3O_4磁性纳米纤维,空气气氛中在不同煅烧温度下制备出一系列α-Fe_2O_3纳米纤维。采用扫描电子显微镜(SEM),X射线衍射仪和超导量子干涉仪对不同煅烧温度下制得的α-Fe_2O_3磁性纳米纤维进行形貌与性能表征。结果表明,PVA/Fe_3O_4复合磁性纳米纤维在600~800℃的煅烧温度区间内可获得稳定的α-Fe_2O_3磁性纳米纤维,纤维形貌从中空管状结构逐渐转变为沟槽状结构,纤维中的α-Fe_2O_3粒子具有不同的晶粒尺寸,结晶随温度升高而变好,且具有不同的磁性能。制备的α-Fe_2O_3磁性纳米纤维在水处理等方面具有潜在应用。     

α-Fe2O3/W18O49纳米复合光催化剂的制备及其光催化固氮性能研究

采用水热法合成α-Fe_2O_3/W_(18)O_(49)复合光催化剂,将α-Fe_2O_3颗粒修饰在W_(18)O_(49)颗粒表面。通过XRD、SEM、FTIR、XPS和UV-vis等表征手段分别研究了样品的物相、结构、形貌、组成和吸光特性等。并利用光催化固氮装置考察了模拟太阳光照射下,不同复合比例下样品的光催化固氮的性能。结果表明,复合后催化剂较原始催化剂具有更窄的禁带、更高的可见光响应强度;2%α-Fe_2O_3/W_(18)O_(49)纳米复合材料光催化固氮性能最佳,在3 h内的光催化反应的固氮量达到了1861.43μg·g~(-1)_(cat),为单一W_(18)O_(49)催化剂的固氮量的～1.97倍。最后,讨论了有关2%α-Fe_2O_3/W_(18)O_(49)异质结光催化固氮的可能机制。     

α-Fe2O3-ZnO/煤矸石复合光催化剂的制备及其降解五氯酚性能的研究

以氯化铁(FeCl_3)、氯化锌(ZnCl_2)、煤矸石和氢氧化钠(NaOH)为原料,采用沸腾回流法制得了一系列纳米三氧化二铁(α-Fe_2O_3)和氧化锌(ZnO)不同摩尔配合比的纳米三氧化二铁-氧化锌/煤矸石复合光催化剂(α-Fe_2O_3-ZnO/煤矸石复合光催化剂),并对产物进行了表征。以五氯酚(PCP)为目标降解物,考察了模拟太阳光照条件下样品的光催化降解效果。结果表明,将球形α-Fe_2O_3-ZnO复合物负载于改性煤矸石表面可有效提高其光催化活性,且α-Fe_2O_3-ZnO/煤矸石复合光催化剂的性能与α-Fe_2O_3和ZnO的摩尔配合比有关,在α-Fe_2O_3与ZnO的摩尔配合比为1∶5,光照4h条件下,α-Fe_2O_3-ZnO/煤矸石复合光催化剂对PCP的降解率达到100%,具有最佳的光催化降解效果,此外还具有可重复使用的特点。     

稳定高效α-Fe2O3光电化学水分解——合理的材料设计和载流子动力学

氢能是非常清洁的能源。发展高效、清洁和低成本的产氢装置是利用氢能的首要关键技术问题。光电化学水分解是首选的制氢技术之一。它可实现室温下直接水分解和氢氧分离,并不完全受限于太阳光的周期性波动;其产氢装置可全部由无机材料制成,有好的化学活性和使用寿命。但是,光电化学水分解技术的效率目前还无法满足实际应用的要求,特别是还不能实现长期稳定运行,存在一定的性能衰减。在各种光电极材料中,α-Fe_2O_3是非常重要且具有潜力的稳定高效的光阳极材料,已成为近年来研究的热点。α-Fe_2O_3又称赤铁矿,储量丰富,在光电化学水分解中具有良好的稳定性、低成本和良好的太阳光谱响应等优势,已成为最具应用前景的光电极材料。然而,α-Fe_2O_3固有的一些问题诸如电荷传输差、表面复合严重、电荷转移动力学缓慢等限制了其实际应用。近年来,研究者们已发展了多种多样的策略和途径,例如掺杂、纳米化、异质结和表面处理等来解决上述问题。多种金属和非金属元素如Ti、Sn、Si、S等掺杂的α-Fe_2O_3表明,异质原子的引入会降低电子的有效质量,进而提高导电性,还会影响α-Fe_2O_3的晶体扭曲和活性位点等性质。从零维、一维、二维、三维到层级结构的α-Fe_2O_3都已经成功合成;同时,纳米化也拓展到导电基底的规则阵列图案化,α-Fe_2O_3纳米化能够促进光生空穴产生和利用,已成为α-Fe_2O_3光电化学水分解性能提升的重要途径。研发的n-n型和p-n型α-Fe_2O_3异质结如α-Fe_2O_3/ZnFe2O4、p-Si/α-Fe_2O_3等已较大地提高了其光电催化水分解性能,其中异质结很大程度上促进了α-Fe_2O_3光吸收、光生电荷分离和电极过程动力学。α-Fe_2O_3表面处理如催化剂修饰、钝化层修饰、化学/电化学刻蚀、气氛处理等,则显著改善了α-Fe_2O_3电极的电荷转移、析氧动力学,并抑制了电荷复合。本文主要从材料设计和载流子动力学这两个角度,综述了不同策略和途径对α-Fe_2O_3光电化学水分解性能的影响,分析了纳米结构以及材料复合等处理方式对α-Fe_2O_3光电极性能影响的构效关系,并进一步深入分析了光电化学水分解反应中载流子的动力学过程,建立了α-Fe_2O_3光电极性能提升和光生载流子之间清晰的物理图像。此外,本文还介绍了光电化学水分解的基本原理和物理过程。该综述可为今后合理设计制备基于α-Fe_2O_3的稳定高效光电极提供有益的理论指导与实验设计方法。     

纳米Fe_2O_3作为润滑油添加剂的摩擦磨损性能

采用烧结方法制备得到纳米α-Fe_2O_3,利用X射线衍射仪(XRD)和透射电镜(TEM)对样品进行了表征,研究了纳米α-Fe_2O_3作为液体石蜡添加剂的摩擦磨损性能。结果表明,添加纳米添加剂后,润滑油摩擦系数改变不明显,但磨损率显著降低。磨损率与纳米α-Fe_2O_3添加剂的表面积和添加量密切相关,当纳米材料的表面积为47m~2/g时磨损率最低,磨损率值降低为3.78×10~(-15) m~2/g;添加量为1.0wt%,润滑油磨损率最低。     

α-Fe_2O_3微球的合成、表征及光催化性能研究

采用水热法,以聚乙烯吡咯酮(PVP)为表面活性剂,合成了α-Fe_2O_3微球,并用X-射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)对其进行了表征。比较研究了合成的α-Fe_2O_3微球和商业氧化铁粉体对有机染料罗丹明B的光催化效果。结果表明,在相同的实验条件下,α-Fe_2O_3微球对有机染料罗丹明B的光催化效果明显好于商业氧化铁粉体。     

改进r-Fe_2O_3磁特性的新方法

为提高和改进γ-Fe_2O_3的磁特性,曾研究了γ-Fe_2O_3磁粉本身的制备,也研究了用各种金属,如钴、铜等离子进行改性的方法,取得了一定成效。本文在这基础上再介绍两种改性γ-Fe_2O_3的制备方法。一、两步法制γ-Fe_2O_3 针状γ-Fe_2O_3制备中的主要困难是铁粉易于氧化。两步法就是用氢对针铁矿(α-FeOOH)或磁赤铁矿(γ-Fe_2O_3)     

液相制备α-Fe_2O_3粉末的结构及其光催化性能

运用了液相均匀沉淀法较为经济地制备纳米α-Fe_2O_3粉末。通过在合成时是否添加或者不添加硬脂酸(C8H36O2)或十二烷基苯磺酸钠(SDBS,C18H29NaO3S)等分散剂,研究了纳米α-Fe_2O_3晶粒形核和长大的特征。借助XRD和SEM表征,可以发现:不添加分散剂的条件下制备的α-Fe_2O_3粉末生成了较为粗大的晶粒,添加了SDBS的反应物则得到了均匀分布的、有着规则多面体外形、晶粒粒径约40nm的α-Fe_2O_3粉末;而添加硬脂酸(C8H36O2)分散剂则制备得到了无定型、粒径约10nm的α-Fe_2O_3粉末。光催化测试结果表明不仅尺寸效应会影响光催化能力,晶化完整性也是十分重要的影响因素。适当添加分散剂有助于抑制α-Fe_2O_3粉末成核以及结晶过程中的团聚,从而使得生成的晶粒更细小。而加入不同分散剂的条件下,其影响水平也是十分不一样的,这可能是由于分散剂中的阴离子与Fe3+发生了配位反应的结果。最后,光催化实验结果表明添加了SDBS分散剂的例子要明显好于不添加分散剂和添加了硬脂酸得到的纳米α-Fe_2O_3粉末。     

BaTiO3/NiFe2O4/PANI三元纳米复合材料的制备及吸波性能研究

通过溶剂热法与溶胶-凝胶法制备出钛酸钡/铁酸镍(BaTiO_3/NiFe_2O_4)二元纳米复合材料,将BaTiO_3/NiFe_2O_4与苯胺进行复合,用过硫酸钾氧化得到钛酸钡/铁酸镍/聚苯胺(BaTiO_3/NiFe_2O_4/PANI)三元纳米复合材料。利用X射线衍射仪、傅里叶变换红外光谱仪、高分辨率透射电子显微镜对三元纳米复合材料的组分、形貌与微观结构进行表征。利用矢量网络分析仪对三元纳米复合材料的电磁参数进行测试。实验结果表明,当BaTiO_3/NiFe_2O_4纳米复合材料与PANI的质量比达到1:1时,制备的三元纳米复合材料样品表现出良好的反射损失特性,在6.7GHz处最小反射损失为-40.3dB,此时材料厚度只有4.5mm,且反射损失低于-10dB的有效频率在5.4～8.4GHz。     

肿瘤磁热疗用产热材料的研究现状及评价

鉴于总结和评价已开发产热材料对今后正确选择磁热疗用材料进行有效治疗人体肿瘤有现实意义,系统综述了近2年各产热材料的最新研究,并引入评价因子以比较不同磁场条件下各材料的产热能力.经比较,产热能力较好的材料分别为羟基磷灰石包覆的Fe_3O_4/γ-Fe_2O_3、Fe_3O_4包覆的Fe、聚乙烯亚胺包覆的MnFe_2O_4及金属Co,其中铁氧化物已有人体临床实验的研究,可预见合理包覆的铁氧化物在人体肿瘤磁热疗中的应用前景.     

P3HT/Fe_3O_4/CdS磁性纳米复合材料的制备及其三阶NLO性能

聚噻吩衍生物/纳米半导体复合材料由于协同了有机、无机材料的优势,具有显著的三阶非线性光学(NLO)性质。采用原位复合法制备磁性聚(3-已基噻吩)-Fe_3O_4/CdS(P3HT-Fe_3O_4/CdS)纳米复合物。采用傅里叶红外光谱(FT-IR)、X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)、扫描电镜(SEM-EDAX)和激光散射法粒度测试仪(HPPS)等方法对产物进行了表征。结果表明,P3HT-Fe_3O_4/CdS具有良好的顺磁性,其中的Fe_3O_4和CdS的粒径约为2~4nm。分别用紫外可见(UV-Vis)、荧光光谱(PL)和Z-扫描方法检测复合材料的光学性质。P3HTFe_3O_4/CdS的n~2约为1.36×10~(-9) esu,χ(3)约为9.76×10~(-12) m~2/W,具有良好的三阶NLO性质。该磁性纳米复合材料有助于在磁场、电场中构建有序微纳结构,在光电磁复合材料领域具有潜在的应用价值。     

α-Fe_2O_3氧化铁纳米颗粒的合成、表征及光催化性能研究

采用溶剂热法,以硝酸铁为铁源,十六烷基三甲基溴化铵为表面活性剂,合成了α-Fe_2O_3纳米颗粒。采用X-射线粉末衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM),透射电子显微镜(TEM)对样品进行了分析。把α-Fe_2O_3纳米颗粒用于光催化降解有机染料罗丹明B,并和商业Fe_2O_3粉体比较,结果发现,α-Fe_2O_3光催化活性明显高于商品Fe_2O_3粉体。     

碳纤维与α-Fe_2O_3复合材料在锂离子电池负极中的应用研究进展

锂离子电池(LIBs)是目前存在的能量密度最高的二次储能电池,但是商业化的LIBs远远满足不了未来的电子能源设备需求,原因在于其负极材料石墨的理论容量只有372mAh/g。α-Fe_2O_3表现出很高的理论容量,能弥补石墨的不足。然而,其体积膨胀造成循环寿命和倍率性能差是当前面临的主要问题。碳纤维与α-Fe_2O_3复合,能够有效缓解体积膨胀,改善电化学性能。综合了碳纤维的制备方法及其在锂离子电池负极中的应用,讨论了α-Fe_2O_3在锂离子电池负极中应用面临的问题及解决方法,报道了碳纤维与α-Fe_2O_3复合材料在锂离子电池负极中应用的研究进展。     

不同晶相Bi_2O_3粉体的制备与表征

以Bi(NO_3)_3·5H_2O为主要原材料,利用共沉淀法制备α、β、γ3种不同晶相的Bi_2O_3粉末。利用X射线衍射、扫描电镜、紫外-可见光分光光度计对样品进行表征,结果表明:制备的α-Bi_2O_3粉末为长条状颗粒,β-Bi_2O_3粉末为不规则颗粒状,γ-Bi_2O_3粉末呈现为四面体颗粒。以质量浓度为10 mg/L的罗丹明B溶液为降解目标,考查不同晶相Bi_2O_3对罗丹明B的光催化降解性能,发现γ-Bi_2O_3粉末的光催化性能最佳,降解效率可达62. 5%。利用第一性原理对α、β、γ3种晶相Bi_2O_3的能带结构进行计算,计算结果表明:3种晶相Bi_2O_3的导带均主要由O 2p轨道构成,价带主要由Bi 6p轨道构成。光催化过程中,电子可从价带跃迁到导带参与化学反应,从而使罗丹明B溶液发生降解。     

氧化石墨烯/Fe_2O_3纳米管复合材料的制备及表征研究

成功合成了一种新型的氧化石墨烯/Fe_2O_3纳米管复合材料,并利用透射电镜(TEM)、X射线衍射仪(XRD)和X射线光电子能谱仪(XPS)对材料的形貌、结构及化学成分进行了表征。结果表明,Fe_2O_3纳米管较为均匀地分布在片状氧化石墨烯表面,材料具有稳定的晶型结构;Fe_2O_3纳米管能够与氧化石墨烯表面基团发生化学键作用,具有良好的界面相容性。     

多孔花状α-Fe2O3的制备、表征及光催化性能研究

在氮气(N_2)保护下,采用常压溶剂热法制备出花状前驱体铁醇盐,之后在空气中500℃热处理得到α-三氧化二铁(α-Fe_2O_3)微球。并对α-Fe_2O_3进行表征和分析,研究了其对甲基橙的光催化降解性能。结果表明:制得的α-Fe_2O_3微球具有较大的比表面积,为66.92m~2/g,还具有弱铁磁性特征,饱和磁化强度为2.11emu/g,剩磁为0.55emu/g,矫顽力为210.91Oe,有利于使用磁铁吸附分离。在甲基橙溶液为10mg/L,多孔花状α-Fe_2O_3微球的浓度为0.5g/L,紫外灯照射3h条件下,多孔花状α-Fe_2O_3微球对甲基橙的降解率最高达到60.05%。采用磁铁分离并经过6次重复使用后,对甲基橙的降解率为50.85%,具有较好的降解性能。     

锰氧化物的结构分析及其在能源与环境中的典型应用EI北大核心CSCD

锰氧化物作为最常见的过渡金属氧化物之一,是一种极具潜力的材料,可通过改变其晶型、形貌、比表面积和氧空位数量等调节催化活性、吸附能力、稳定性等性能。调控MnO_(X)的晶体结构及形貌以提高其性能,一直是国内外学者极为关注的问题。本文分析了不同晶型二氧化锰(α,β,γ,δ,λ)的结构特点及其与催化/吸附性能之间的构效关系,系统总结了不同形貌MnO_(X)(纳米棒、纳米片、纳米花、纳米球)的制备方法及结构特点,并介绍了锰氧化物近年来在能源(生物质催化转化、电化学)及环境治理(气体污染物分解、重金属吸附、有机污染物降解)中的典型应用。最后,对锰氧化物存在作用机制复杂、稳定性较差等问题进行了分析。尽管锰氧化物在研究过程中还存在问题,但其作为一种重要的金属氧化物,未来在环境、能源等领域中的应用前景十分广阔。