超顺磁性二硒化铁纳米球的合成及表征

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1、超顺磁性二硒化铁纳米球的合成及表征　　摘要：在本研究工作中，以氯化亚铁和硒粉为原料，以油胺和碳十八烯为溶剂，采用热注入的方法合成了二硒化铁纳米结构.透射电子显微镜观察发现样品为纳米棒和纳米片构成的球状结构.X射线衍射测试结果表明，样品主相为正交晶系的FeSe2.对产物的形成机理进行初步的研究.磁学性质测试表明所合成的二硒化铁纳米材料具有超顺磁性，可能在能源、催化和生物等领域有潜在的应用.　　关键词：二硒化铁；纳米材料；超顺磁性　　DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.03.023　　过渡金属硫

2、属化物由于具有特殊的光学、电学、磁学和电子传输等性质引起人们广泛的研究兴趣。在这些过渡金属硫化物中，二硒化铁是p-型半导体材料，其直接带隙为1.0eV，被认为是应用在光伏器件中的最佳材料，广泛用于叠层太阳能电池和电子辐射检测中[1]。自从超导现象发现以来，不断有新型的超导材料被发现被报道出来。硒化铁材料是一类优良的超导材料[2，3]。这种材料的超导转变温度在施加高压下可以提高到27K/13.5K（Tc/Tc0），用部分与硒同族的碲元素取代硒元素可以把超导转变温度提高到15.3K/11.8K（Tc/Tc0）。同时二硒化铁具有特

3、殊的磁学性质，已经被用于生物分离、生物检测和生物成像[4-6]。相对于其他的重金属原子如铅和铬，二硒化铁的毒性大大减弱，生物安全性进一步提高，可以广泛用于纳米生物医学中.目前关于二硒化铁纳米材料的合成已有一些报道，例如，谢毅等报道采用了水热还原法合成了FeSe2和FeTe2纳米晶体[7]；杨瑾等人采用表面活性剂辅助的溶剂热法合成了多种形貌的FeSe2纳米晶[8]；Yuan等人合成了片状的FeSe2[9]。在本研究工作中，我们利用一种简单的液相方法合成了高质量的二硒化铁纳米结构，并对其形成机理和磁学性质进行了初步的研究。　　1

4、实验部分　　1.1试剂与仪器　　四水合氯化亚铁（FeCl2?4H2O），硒粉（Se），无水乙醇、环己烷等分别从国药化学试剂公司购买，油胺（OM）和碳十八烯（ODE）从Sigma-Aldrich公司购买。加热套，X-射线粉末衍射仪，高分辨透射电镜，烘箱。　　1.2实验方法　　在50mL三颈烧瓶中，加入15mL油胺和10mL碳十八烯，并通氮气，整个实验过程一直维持氮气氛围。首先缓慢升温至100℃，然后称取0.2gFeCl2?4H2O粉末加入到上溶液中，加热搅拌至淡黄色澄清溶液，升温至150℃。称取0.1g硒粉并溶解在4mL油胺中

5、，缓慢注射到上述溶液中，维持150℃反应30分钟。之后升温至300℃，再反应30分钟。反应结束后冷却到室温，离心分离产物，分别用乙醇和环己烷洗涤三遍，以除去过量的未反应的原料和溶剂等。　　1.3样品表征　　将制备的样品烘干后得到固体粉末，置于X-射线粉末衍射仪上进行检测；同时将上述得到的样品溶解在环己烷中，取少量样品滴在铜网上，使用透射电子显微镜观察其形貌及进行能谱分析。样品的磁性通过振动样品磁强计进行测试。　　2结果与讨论　　2.1成分和形貌表征　　样品的组成及物相首先通过X射线粉末衍射（XRD）进行分析。图1为样品典型的

6、XRD谱图，图中所有的衍射峰均能指标化为正交相的FeSe2（JCPDS?俗伎ㄆ?号：21-0432）。谱图中没有杂峰，表明合成得到的产物纯度高。衍射峰的强度较大，表明产物的结晶性良好。此外，衍射峰有一定的宽化现象，这是由于产物粒径较小，因而造成了衍射峰的宽化。通过该XRD谱图计算得出样品的晶格常数是a=0.4802nm，b=0.5778nm以及c=0.3590nm），比JCPDS卡中数据稍大（a=0.4800nm，b=0.5776，c=0.3585nm），这可能是由于样品中少量欠硒造成的。　　样品的形貌通过透射电子显微镜（T

7、EM）进行分析。图2a为样品的TEM照片。从图中可以看出样品由微球所构成，直径约600nm。这些微球又是由纳米片和纳米棒所组成.图2b为从纳米片边缘拍摄的高分辨透射电镜照片，显示出清晰的晶格条纹。经测量，条纹间距为0.257nm，跟正交相FeSe2的（111）晶面相对应。我们还通过TEM附带的能谱仪对样品的元素组成进行了进一步的分析，图3是样品的EDS能谱图，从谱图中可以看出明显的Fe元素和Se元素的信号，其他的C、O、Cu元素信号峰主要来自于透射电镜铜网.Fe与Se原子个数比为1：2.2，跟样品的组成接近。　　2.2合成机

8、理研究　　为研究FeSe2的合成机理，我们做了一些对照实验。硒粉和FeCl2的反应分两个阶段，首先在150℃下加热30分钟，然后又升温到300℃继续反应30分钟。我们在150℃下抽取样品，充分洗涤，并对产物进行形貌和成分分析。图4a是在150℃下样品的TEM照片，可以看出样品由大小均匀的纳