磁性核壳纳米材料课件.ppt

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1、磁性纳米材料——催化新材料结课报告1.研究背景2.磁性纳米粒子性质及制备方法3.磁性核/壳结构纳米复合材料4.磁性核/壳结构纳米催化剂5.总结主要内容随着“纳米催化”这一概念的提出，许多发达国家对纳米催化剂的研究投入了大量的人力和财力，并取得了一些突破性的研究成果。纳米催化剂在液相催化反应体系中虽然能够满足催化剂的高反应活性和高选择性，但是又存在难以从液相中有效分离回收的问题。因此，多功能的磁性纳米催化剂应运而生。磁性纳米催化剂在保持高纳米催化活性的同时，优异的顺磁性能赋予其快速高效的磁性分离回收和重复使

2、用性能，开辟了纳米催化剂应用研究的新领域[1]。1、研究背景2、磁性纳米材料2.1磁性纳米材料基本性质磁性纳米材料是指材料特征物理长度恰好处于纳米量级(1nm-l00nm)的各种磁性材料。磁性作为物质的基本属性，主要来源于物质原子内部产生的电子磁矩。按照其在外加磁场下所表现出的磁性能可分为反磁性纳米材料、超顺磁性纳米材料、铁磁性纳米材料、亚铁磁性纳米材料和反铁磁性纳米材料。磁性纳米材料有小尺寸效应，表面效应，量子尺寸等效应[2]。2.2Fe3O4纳米粒子及制备方法Fe3O4纳米粒子由于具有制备方法简单、表

3、面易修饰、超顺磁性优异和生物相容性好等优点，被广泛应用于生物医药、磁流体、磁记录材料、污水处理和液相非均相催化等领域,已经成为热门的磁性纳米功能材料。随着人们对Fe3O4纳米粒子研究的日趋重视，新的制备方法和制备工艺不断出现。传统制备磁性Fe3O4纳米粒子的方法主要有共沉淀法、水热(溶剂热)法、微乳液法、溶胶-凝胶法等，新兴的制备方法包括微波超声法、空气氧化法、热解羰基前躯体法等[3]。2、磁性纳米材料2.2.1共沉淀法共沉淀法是以二价铁和三价铁的盐为铁源，以NH4OH、NaOH或有机胺等碱为沉淀剂，在较

4、温和的液相搅拌条件下,通过氧化还原反应生成Fe3O4沉淀，然后经过磁性分离、洗涤、真空干燥等处理得到磁性Fe3O4纳米粒子。Fe2++2Fe3++8OH-→Fe3O4+4H2O优点：操作简单，原料易得，成本相对较低，且产品纯度高。缺点：Fe3O4纳米粒子稳定性较差，常温下可能会转化为γ-Fe2O3纳米粒子，制备条件对产物的尺寸、形貌和性质都有一定程度的影响[5]。Fe3O4+2H+→γ-Fe2O3+2Fe2++H2O2、磁性纳米材料2.2.2水热(溶剂热)法Fe3O4纳米粒子的水热(溶剂)制备通常是指在高

5、温(130℃-250℃)高压(0.3MPa-4MPa)条件下,在水或有机溶剂的反应环境下，首先将铁盐(氯化铁、硫酸铁等)可控转变为氢氧化铁和氢氧化亚铁，这些氢氧化物在外加还原剂或氧化剂的作用下，被可控还原或氧化为Fe3O4纳米颗粒[6]。优点：Fe3O4纳米颗粒纯度高，晶型好，晶粒发育完整，尺寸可控且稳定性好。缺点：由于水热(溶剂热)法在高温条件下进行，制备的Fe3O4纳米粒子在高温下很容易团聚，而且设备投资大。2、磁性纳米材料同样,采用水热法时，产物的品型、尺寸、形貌和性质与制备条件紧密相关。其中，溶剂

6、热时间被认为是最重要的影响因素，Deng[7]等研究发现，在乙二醇为溶剂，反应温度为200℃的条件下，溶剂热时间由8h延长至72h，制备的Fe3O4纳米粒子的粒径从200nm增大到约800nm，饱和磁化强度也有明显增强。另外，不同种类表面活性剂被广泛用作改性剂加入到水热(溶剂热)法制备Fe3O4纳米粒子的过程中。2、磁性纳米材料2.2.3微乳液法微乳液法是指两种互不相溶的溶剂在表面活性剂的作用下形成各相同性和热力学稳定的单相乳液体系，具有双亲性能的表面活剂将连续液相介质分割成无数微小空间从而形成大量微型反

7、应器，反应物在微型反应器中反应生成固体产物，由于晶体成核、生长、团聚等过程受到微型反应器的限制，从而形成具有一定形态结构的纳米颗粒。优点：实验装置简单、容易操作、能耗低。缺点：反应过程中需要额外使用表面活性剂和有机溶剂，而且制备的Fe3O4纳米粒子的结晶性能和磁性能较差[8]。2、磁性纳米材料采用微乳液法合成Fe3O4纳米粒子时，Fe3O4纳米粒子的合成反应正是在这些微型反应器内部进行，因此制备的Fe3O4纳米粒子具有窄的粒径分布和优异的单分散性能。该法的影响因素主要包括表面活性剂类型、表面活性剂与助表面

8、活性剂的摩尔比、表面活性剂与溶剂的摩尔比和反应物浓度。2、磁性纳米材料2.2.4溶胶-凝胶法溶胶-凝胶法是湿化学方法合成纳米金属氧化物的一种，通过前驱体的水解形成溶胶，经过凝胶化和后处理获得最终产物[9]。优点：纳米晶的成核和生长很容易被控制，从而有效避免了纳米晶的聚集和沉降，从而得到粒径分布窄、纯度高的产物。缺点：凝胶过程较慢，致使合成时间较长，而且铁源大多采用金属醇盐,成本偏高。产物Fe3O4纳米粒子的形貌和结构与前驱体浓