磁性纳米材料形态控制合成及其液相碳包覆研究

作     者：朱国兴 

作者单位：安徽师范大学 

学位级别：硕士

导师姓名：魏先文

授予年度：2007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）] 0702[理学-物理学] 

主      题：磁性金属 控制合成 纳米立方体 磁性能 碳包覆 核壳结构 催化 

摘      要：磁性纳米材料具有新奇的磁学和化学性质,在高密度磁记录器件、磁流体、磁效应成像、靶向药物载体、催化剂和生物分离等重要领域有广泛的应用前景。磁性纳米材料的形态控制合成与性能研究是材料科学的前沿领域之一,在现代材料科学的应用研究中具有非常重要的地位。本论文旨在利用液相还原法,在水溶液体系中,通过调节表面活性剂的组成等实验参数实现磁性铁基合金的形态粒径可控合成;利用温和的水热或硫酸碳化碳水化合物,建立液相新途径实现磁性纳米材料碳包覆,以达到防止磁性颗粒氧化和团聚、避免环境对其影响、提高其与生物体之间的相容性等目的;初步探究所得碳包覆磁性纳米材料在催化、医药等领域的原理型应用;为探索磁性基纳米材料制备条件、结构、性能之间的关系和制备新型功能性纳米材料奠定基础。 1.建立了一个宏量温和的(200.5 emu/g)FeCo合金纳米晶。(c)以CTAB/正辛醇为表面活性剂,于90℃还原Fe和Co的水和正辛烷的混合溶液制得了FeCo合金纳米线/棒。此一维FeCo纳米结构直径随反应时间的延长而增加。 3.发展水热碳化技术,建立了“磁性颗粒制备-葡萄糖水热碳化两步新途径,实现了磁性金属@C(Co@C、Ni@C),磁性合金@C(FeNi@C),磁性氧化物@C(FeO@C、NiFeO@C、ZnFeO@C)核壳纳米结构的制备。产物经TEM、HRTEM、SEM、SAED、XRD、红外光谱、拉曼光谱、X射线光电子能谱(XPS)表征。所得核壳纳米结构外壳碳层表面存在大量功能性基团如羟基,可负载功能材料如:(a)Co@C和FeO@C可负载布洛芬,负载产物(如FeO@C@布洛芬)在酸性(pH=1.5)和中性(pH=7)体系中均具有一定的缓释性能;(b)通过水相回流或超声可实现其对贵金属催化剂(Ag、Pd)的原位还原负载,负载产物(如FeO@C@Pd和ZnFeO@C@Pd)显示了优秀的对Suzuki偶联反应的催化性能,在经过五重催化循环后仍能达到90%的产率。研究表明该途径制备碳包覆材料经济、清洁、有效、普适性强、无碳化物的生成,内核纳米结构在碳包覆后形态和晶型没有明显变化,控制金属颗粒与碳源的比例可以控制碳包覆层厚度。 4.利用经典的浓硫酸碳化蔗糖的反应,在两步液相水热碳化技术基础上,率先建立了室温常压下镍基磁性纳米结构的碳包覆新方法。在镍基磁性颗粒和蔗糖的混合体系中,加入浓硫酸可制得碳包覆镍基金属核壳结构。在类似条件下对于非镍基材料如Ag、FeCo、FeO不能得到有效的碳包覆结构,表明该碳化途径可能与镍的催化有关。所得镍基金属碳包覆核壳结构显示了优秀的磁性能如较高的饱和磁化强度和矫顽力等,其外壳碳层表面也存在大量功能性基团可负载功能性分子如酪氨酸等。