多元磁性铁氧体材料的制备、结构及催化性能研究

论文摘要

尖晶石结构的铁氧体材料作为一类重要的功能材料,由于其独特·的光、电、磁等性能,在介电、传感、发光、超导、磁性材料、催化、生物和医药等领域占有重要的地位,并因为其良好的耐酸碱、耐高温的化学稳定性而备受关注。目前的研究主要集中在形貌、粒径大小的控制,以及掺杂和表面改性等方面,制备了系列具有特殊功能的尖晶石型纳米材料。本文采用了成核-晶化隔离法和还原氧化法相结合的方法,实现了尖晶石型铁氧体纳米材料的低温一步制备,在此基础上实现了原子水平上的掺杂,制备除了多元磁性铁氧体纳米材料及复合金属氧化物/碳纳米管复合材料,并将合成材料作为光催化剂考察其催化性能。（1）制备CoxZn1-xFe2O4可见光催化剂,通过各种表征手段研究Co2+掺杂对合成样品的结构、形貌和催化性能的影响,通过调变Co2+掺杂量实现对合成样品的粒径、比表面积、禁带宽度及其磁学性能的控制。将催化剂产品应用于可见光条件下亚甲基蓝的降解反应,重点研究不同Co2+掺杂量对合成样品的光催化活性和光催化效率的影响。（2）引入活性组分Cu2+,制备不同Cu2+掺杂量的多元磁性铁氧体纳米材料CuxCo1-xFe2O4催化剂,通过表征手段研究发现,适量的Cu2+引入后合成样品仍然维持尖晶石晶型,而过量Cu2+的引入（x≥0.6）则使得钴铁尖晶石晶格发生畸变,易于杂晶相的生成。将所制备的催化剂应用于对苯酚的室温下降解反应,考察其催化性能,研究Cu2+掺杂量对催化性能和磁学性能的影响。（3）对CNTs进行表面修饰,引入活性基团,制备CNTs和ZnFe2O4不同质量比的ZnFe2O4/CNTs复合材料,合成的复合材料中ZnFe2O4纳米粒子均匀地负载在CNTs表面,分散度得到了明显提高。将制备的ZnFe2O4/CNTs复合材料应用于可见光条件下亚甲蓝的降解反应,考察其光催化性能,研究不同ZnFe2O4/CNTs质量比对复合材料对光催化性能的影响。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 尖晶石型纳米材料简介
• 1.1.1 晶体结构简介
• 1.1.2 阳离子分布状况
• 1.1.3 磁学性能
• 1.2 尖晶石型纳米材料的应用
• 1.2.1 颜料及陶瓷材料
• 1.2.2 磁性材料
• 1.2.3 吸波材料
• 1.2.4 锂电材料
• 1.2.5 传感材料
• 1.2.6 生物医药
• 1.2.7 催化材料
• 1.3 尖晶石型复合金属氧化物纳米材料的修饰改性
• 1.3.1 掺杂改性
• 1.3.1.1 掺杂对磁学性能的影响
• 1.3.1.2 掺杂对电学性能的影响
• 1.3.1.3 掺杂对光学性能的影响
• 1.3.1.4 掺杂对催化性能的影响
• 1.3.2 表面修饰
• 1.3.2.1 表面包覆
• 1.3.2.4 复合功能材料的制备
• 1.4 尖晶石型纳米材料的制备方法
• 1.4.1 化学共沉淀法
• 1.4.2 溶胶—凝胶法
• 1.4.3 微乳液法
• 1.4.4 热分解法
• 1.4.5 模板法
• 1.4.6 水热法
• 1.5 论文选论文选题的目的与意义
• 1.5.1 论文选题的目的与意义
• 1.5.2 论文研究内容
• 第二章 实验部分
• 2.1 实验原料
• 2.2 实验内容
• 2.2.1 催化剂的制备
• 2O₄可见光催化剂的制备'>2.2.1.1 尖晶石型ZnFe₂O₄可见光催化剂的制备
• xZn_1xFe₂O₄可见光催化剂的制备'>2.2.1.2 尖晶石型Co_xZn_1xFe₂O₄可见光催化剂的制备
• 2O₄/CNTs复合材料光催化剂的制备'>2.2.1.3 ZnFe₂O₄/CNTs复合材料光催化剂的制备
• xCo_1-xFe₂O₄催化剂的制备'>2.2.1.4 Cu_xCo_1-xFe₂O₄催化剂的制备
• 2.2.3 光催化性能的测试
• 2.2.3.1 可见光降解反应装置
• 2.2.3.2 目标污染物最大吸收波长的确定
• 2.2.3.3 可见光降解亚甲基蓝实验
• 2.2.4 苯酚氧化实验
• 2.2.4.1 实验装置
• 2.2.4.2 苯酚氧化实验
• 2.3 样品表征
• 2.3.1 X射线衍射分析（XRD）
• 2.3.2 红外光谱（IR）分析
• 2.3.3 紫外—可见光谱（UV-vis）分析
• 2.3.4 X射线光电子能谱分析（XPS）
• 2.3.5 低温氮气吸—脱附（BET）分析
• 2.3.6 振动样品磁强计（VSM）测量
• 2.3.7 扫描电镜分析（FESEM）
• 2.3.8 扫描电镜—能量散射谱（FESEM-EDS）分析
• 2.3.9 透射电镜分析（TEM）
• 2.3.10 高分辨透射电镜分析（HRTEM）
• 2.3.11 高效液相色谱（HPLC）检测
• 2+掺杂型ZnFe₂O₄可见光催化剂的制备及性能研究'>第三章 Co²⁺掺杂型ZnFe₂O₄可见光催化剂的制备及性能研究
• 3.1 引言
• 3.2 结果与讨论
• 2O₄可见光催化剂晶相结构和形貌的表征'>3.2.1 ZnFe₂O₄可见光催化剂晶相结构和形貌的表征
• 3.2.1.1 晶体结构分析
• 3.2.1.2 FESEM表征
• 3.2.1.3 TEM & HRTEM表征
• 2O₄尖晶石铁氧体形成机理的研究'>3.2.1.4 ZnFe₂O₄尖晶石铁氧体形成机理的研究
• 2+掺杂对ZnFe₂O₄晶体结构和形貌的影响'>3.2.2 Co²⁺掺杂对ZnFe₂O₄晶体结构和形貌的影响
• 3.2.2.1 XRD表征
• 3.2.2.2 形貌的表征
• 3.2.2.3 XPS的表征
• 2+掺杂对ZnFe₂O₄磁学性能的影响'>3.2.2.4 Co²⁺掺杂对ZnFe₂O₄磁学性能的影响
• 2+掺杂对ZnFe₂O₄ UV-vis的影响'>3.2.2.5 Co²⁺掺杂对ZnFe₂O₄UV-vis的影响
• xZn_1-xFe₂O₄光催化降解亚甲基蓝的性能研究'>3.2.3 Co_xZn_1-xFe₂O₄光催化降解亚甲基蓝的性能研究
• 3.3 小结
• 2+掺杂的CoFe₂O₄催化剂的制备及其性能研究'>第四章 Cu²⁺掺杂的CoFe₂O₄催化剂的制备及其性能研究
• 4.1 引言
• 4.2 结果与讨论
• xCo（1-x）Fe₂O₄晶相结构和形貌的表征'>4.2.1 Cu_xCo（1-x）Fe₂O₄晶相结构和形貌的表征
• 4.2.1.1 XRD的表征
• 4.2.1.2 FESEM的表征
• 2+掺杂对Cu_xCo（1-x）Fe₂O₄磁学性能的影响'>4.2.2 Cu²⁺掺杂对Cu_xCo（1-x）Fe₂O₄磁学性能的影响
• 2+掺杂对Cu_xCo（1-x）Fe₂O₄催化性能的研究'>4.2.3 Cu²⁺掺杂对Cu_xCo（1-x）Fe₂O₄催化性能的研究
• 4.3 小结
• 2O₄/碳纳米管复合材料的制备及其性能研究'>第五章 ZnFe₂O₄/碳纳米管复合材料的制备及其性能研究
• 5.1 引言
• 5.2 结果与讨论
• 5.2.1 CNTs结构和形貌的表征
• 5.2.1.1 XRD的表征
• 5.2.1.2 FT-IR的表征
• 5.2.1.3 FESEM的表征
• 2O₄/CNTs晶相结构和形貌的表征'>5.2.2 ZnFe₂O₄/CNTs晶相结构和形貌的表征
• 2O₄/CNTs的XRD的表征'>5.2.2.1 ZnFe₂O₄/CNTs的XRD的表征
• 2O₄/CNTs的FESEM的表征'>5.2.2.2 ZnFe₂O₄/CNTs的FESEM的表征
• 2O₄/CNTs复合材料的形成机理'>5.2.2.3 ZnFe₂O₄/CNTs复合材料的形成机理
• 2O₄/CNTs复合材料的光催化性能'>5.2.3 ZnFe₂O₄/CNTs复合材料的光催化性能
• 2O₄/CNTs复合材料的UV-vis表征'>5.2.3.1 ZnFe₂O₄/CNTs复合材料的UV-vis表征
• 2O₄/CNTs复合材料的光催化性能评价'>5.2.3.2 ZnFe₂O₄/CNTs复合材料的光催化性能评价
• 5.3 小结
• 第六章 结论
• 本论文创新点
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文及申请专利
• 作者和导师简介
• 硕士研究生学位论文答辩委员会决议书