铁镍硼纳米合金的合成及性能研究

论文摘要

本文采用液相还原法制备了铁镍纳米合金，即以KBH4为还原剂，在分散剂PEG存在下，于水相中将Fe2+、Ni2+还原为纳米微粉。TEM结果表明该合金具有须状结构，长度为200～400nm，直径2～4nm。纳米微粉由于颗粒小、比表面积大，在制备过程中已部分被氧化，需氢化还原去除表面杂元素氧以提高其表面活性。XRD结果表明，未经氢化焙烧的纳米合金呈无定形状，晶形转变温度为250℃，烧结温度为450℃，700℃时合金完全被烧结。其中，合金在400℃下通氢还原其表面能最高，此时具有优良的催化活性及与有机氯化物反应性能。不同摩尔比例的铁镍纳米合金中各元素在合金中的存在形式呈规律性变化，且主要晶相为Fe3Ni3B。 本文利用Fe3+与EDTIA及H2O2形成稳定的深紫色三元络合物；在氨性溶液中，氧化剂存在下，Ni2+与丁二酮肟形成酒红色络合物，采用紫外-可见分光光度法分别在519nm和536nm波长处测定铁、镍的含量。以甘露醇为强化剂，采用弱酸强化法测定合金中的硼含量，并进行添加回收率测定。元素分析结果表明，该合金为Fe-Ni-B-O纳米合金，合金中Fe含量改变了Ni与B的摩尔比，随纳米合金中Fe含量的减少，B质量百分含量随Ni质量百分含量线性增加。 对不同摩尔比例的铁镍纳米合金催化硼氢化钾水解析氢行为进行考察，实验结果表明，pH=8时合金析氢产率最高，Fe单质析氢速率极其缓慢，随Ni含量增加析氢速率显著增加，当Fe／Ni≤1时析氢速率最佳，且均高于NixB的催化析氢性能。可以认为是Fe的加入改善了NixB催化KBH4的水解析氢性能。Fe-Ni-B／TiO2、Fe-Ni-B／陶瓷纳米合金催化剂对KBH4水解析氢同样具有较好的催化性能，但催化性能均远低于Fe-Ni-B／TiO2／陶瓷催化剂。通过实验确定KBH4水解析氢产率和速率达最大值的最佳条件，即硝酸盐为浸渍液

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 概述
• 1.2 纳米粒子的特征
• 1.3 国内外研究现状
• 1.3.1 气相法制备纳米金属粒子
• 1.3.1.1 气相化学反应法
• 1.3.1.2 惰性气体蒸发冷凝法
• 1.3.1.3 激光复合加热蒸发法
• 1.3.1.4 高频感应加热法
• 1.3.1.5 等离子体法
• 1.3.1.6 电子束照射法
• 1.3.1.7 超声波法
• 1.3.2 液相法制备纳米金属粒子
• 1.3.2.1 溶胶-凝胶法
• 1.3.2.2 反相微乳液法
• 1.3.2.3 液相化学还原法
• 1.3.2.4 液相分散法
• 1.3.2.5 高温水解法（水热法）
• 1.3.2.6 电解法
• 1.3.2.7 辐射合成法
• 1.3.3 固相法制备纳米金属粒子
• 1.3.3.1 固相配位化学反应法
• 1.3.3.2 机械合金化法
• 1.4 固体表面能
• 1.4.1 接触角法测定固体表面能
• 1.4.2 理论计算法测定固体表面能
• 1.5 铁系纳米材料的应用
• 1.5.1 催化材料
• 1.5.2 磁性材料
• 1.5.3 吸波材料
• 1.5.4 气敏材料
• 1.6 课题研究的意义及主要工作
• 本章小结
• 第2章 实验部分
• 2.1 材料和仪器
• 2.1.1 化学试剂
• 2.1.2 实验仪器
• 2.2 液相还原法的原理
• 2.3 Fe-Ni纳米合金的合成
• 2.4 Fe-Ni纳米合金氢化还原
• 2.5 Fe-Ni纳米合金组份分析
• 2.5.1 主要试剂
• 2.5.2 Fe-Ni纳米合金试样的预处理
• 2.5.3 铁镍含量的测定
• 2.5.3.1 标准曲线的测定
• 2.5.3.2 回收率的测定
• 2.5.3.3 待测液的测定
• 2.5.4 硼含量的测定
• 2.5.4.1 实验原理
• 2.5.4.2 实验步骤
• 2.5.4.3 加标回收率的测定
• 2.6 合金催化析氢
• 4水解析氢'>2.6.1 Fe-Ni纳米合金催化 KBH₄水解析氢
• 4水解析氢'>2.6.2 负载纳米合金催化 KBH₄水解析氢
• 2催化剂的制备'>2.6.2.1 Fe-Ni-B/TiO₂催化剂的制备
• 2.6.2.2 Fe-Ni-B/陶瓷催化剂的制备
• 2/陶瓷催化剂的制备'>2.6.2.3 Fe-Ni-B/TiO₂/陶瓷催化剂的制备
• 4水解析氢'>2.6.2.4 KBH₄水解析氢
• 2.7 纳米合金与有机氯化物的反应性能
• 2.7.1 试剂
• 2.7.2 操作及实验现象
• 2.7.3 反应产物的定量分析
• -含量的测定'>2.7.3.1 Cl^-含量的测定
• 2+、Ni²⁺含量的测定'>2.7.3.2 Fe²⁺、Ni²⁺含量的测定
• 2.8 材料的表征
• 本章小结
• 第3章 纳米合金的性能
• 3.1 纳米合金的形貌
• 3.1.1 不同元素合金的形貌
• 3.1.2 浓度的影响
• 3.1.3 溶剂极性的影响
• 3.1.4 分散剂的影响
• 3.2 温度及比例与晶态结构
• 3.2.1 纳米合金的晶化温度
• 3.2.2 不同比例纳米合金的晶相结构
• 3.3 Fe-Ni纳米合金组份分析结果
• 3.3.1 不同摩尔比例的Fe-Ni纳米合金中铁镍含量测定结果
• 3.3.2 Fe-Ni纳米合金中的硼含量
• 3.4 Fe-Ni纳米合金的磁学性能
• 3.5 纳米合金的DTA测试
• 本章小结
• 第4章 纳米合金与有机氯化物的反应性能
• 4.1 纳米合金与一碳氯化物的反应
• 4.1.1 碳元素在纳米合金中的镶嵌
• 4.1.2 纳米合金与一碳氯化物反应产物的含量
• 4.1.3 纳米合金表面元素 XPS分析
• 4.1.4 反应机理的描述
• 4.2 纳米合金与氯苯反应性能的研究
• 4.2.1 反应产物含量分析
• 4.2.2 产物晶相结构表征
• 4.2.3 产物液相色谱分析
• 4.2.4 纳米合金与氯苯反应机理描述
• 本章小结
• 第5章 纳米合金的催化析氢
• 5.1 非负载纳米合金催化析氢性能
• 5.1.1 pH值对催化析氢性能的影响
• 5.1.2 不同摩尔比纳米合金催化析氢性能
• 5.1.3 Fe/Ni比与催化析氢行为
• 5.1.4 纳米合金催化析氢寿命
• 5.2 负载纳米合金催化析氢性能
• Ni_B/TiO₂催化 KBH₄水解析氢'>5.2.1 Fe_Ni_B/TiO₂催化 KBH₄水解析氢
• 2载体催化剂性能的影响'>5.2.1.1 浸渍次数对 TiO₂载体催化剂性能的影响
• 2载体催化剂性能的影响'>5.2.1.2 浸渍液对TiO₂载体催化剂性能的影响
• 2载体催化剂性能的影响'>5.2.1.3 pH对TiO₂载体催化剂性能的影响
• 2的负载量'>5.2.1.4 Fe-Ni-B/TiO₂的负载量
• 2催化剂的催化寿命'>5.2.1.5 Fe-Ni-B/TiO₂催化剂的催化寿命
• 4水解析氢结果'>5.2.2 Fe-Ni-B/陶瓷催化 KBH₄水解析氢结果
• 2/陶瓷催化 KBH₄水解析氢结果'>5.2.3 Fe-Ni-B/TiO₂/陶瓷催化 KBH₄水解析氢结果
• 2/陶瓷催化剂的催化性能'>5.2.3.1 Fe-Ni-B/TiO₂/陶瓷催化剂的催化性能
• 2/陶瓷催化剂的负载量'>5.2.3.2 Fe-Ni-B/TiO₂/陶瓷催化剂的负载量
• 2/陶瓷催化剂的寿命'>5.2.3.3 Fe-Ni-B/TiO₂/陶瓷催化剂的寿命
• 本章小结
• 结论
• 本文创新点
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢