磁性金属铁、镍纳米粒子及其复合结构的合成与研究

作     者：魏娟娟 

作者单位：西北师范大学 

学位级别：硕士

导师姓名：佘厚德;雷自强

授予年度：2014年

学科分类：07[理学] 070205[理学-凝聚态物理] 08[工学] 080501[工学-材料物理与化学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 0702[理学-物理学] 

主      题：纳米颗粒 磁性金属 有机液相法 核壳结构 磷化镍 

摘      要：磁性纳米材料由于具有独特的电学、光学、磁学及优异的化学性能，在核磁共振成像、光学纳米器件、靶向药物、磁存储、催化剂等方面有其广泛的应用。因而制备单分散、粒径小、尺寸分布均匀的磁性纳米粒子已成为研究功能型纳米材料的热点。本论文采用高温有机液相法制备了磁性过渡金属(Fe、Ni)及其复合材料和不同晶型的磷化镍纳米颗粒。探究了表面活性剂、金属前驱体、合成方法对纳米颗粒晶相和形貌等的调控作用，进而对纳米颗粒的尺寸、形貌和晶型进行了控制，合成了结晶性高、尺寸分布均一、形貌可控的磁性金属纳米粒子及其复合材料。 在磁性金属Fe纳米颗粒（NPs）制备方面运用了三种不同的方法：第一种方法是采用快速注入法、通过Fe(CO)5的高温热分解制备了无定形的Fe NPs，再加入氯化十六胺（HAD·HCl）获得了bcc-Fe NPs;第二种方法是以硬脂酸亚铁作前驱体，采用高温陈化法制备了Fe NPs。通过加入油酸钠（Na-oleate）控制了Fe NPs的形貌，制备了四边形的Fe NPs;第三种方法是利用Fe(acac)3的高温热还原，以三辛基膦(TOP)做表面活性剂，探索了连续注入法对Fe NPs晶型的影响，制备了结晶性较高的球形Fe NPs。通过比较三种制备方法，表明了不同的前驱体、反应温度和表面活性剂在纳米颗粒形成过程中起到了重要作用。在贵金属Au包覆磁性金属Fe形成核壳结构时，由于Au和Fe之间存在较大的晶格不匹配，采用通常的一锅法很难得到Fe@Au的核壳结构。而本文采用两锅法、选用稳定性高的三苯基膦氯金作Au的前驱体产生Au原子来包覆预先用Fe(CO)5为前驱体制备的Fe NPs。关键点在于通过控制温度的急速波动等动力学因素形成Fe@Au核壳结构。 以上在制备Fe NPs时采用了快速注射法和连续注射法，而连续注射法在控制纳米粒子的形貌方面更具有优势。接下来开展的工作是以TOP为表面活性剂，使用连续注入法，通过在不同的反应阶段加入TOP制备了无定形Ni NPs和Ni3C@Ni核壳结构。对其催化性能的研究表明它们具有较低的活化能，催化活性要优于块状的镍。将其退火后都得到了Ni/NiO的核壳结构，研究其电化学性能发现它们均有较高首次充放电容量，循环可逆性较为稳定。最后，使用不同的镍的前驱体和制备方法，得到不同晶型的磷化镍纳米颗粒。采用一锅法，以乙酰丙酮镍为前驱体获得了六方相的磷化镍（Ni2P）。后又发展了多次注入法，以乙酸镍为前驱体，得到了四方相的磷化镍（Ni12P5）。退火后，对电化学性能的研究发现它们也具有良好的首次充放电容量和循环可逆性能。基于此，Ni/NiO复合材料和磷化镍均可作为较理想的锂离子电池的负极材料。