论文摘要
通过综述有关磁性纳米材料的最新研究进展,作者深刻认识到,Fe3O4虽然是一种历史悠久的传统材料,但作为磁性材料,其应用领域有望进一步拓宽,特别是在当前材料科学发展的趋势下,与Fe3O4有关的结构型粒子制备与性能应该大力深入。本文结合磁性材料应用前景,以制备Fe3O4及其结构型复合粒子为目的,寻求新型合成方法。作者的研究思路是,首先从典型水热体系系统研究出发,详细讨论反应条件与产物形貌关系,控制合成特色结构型Fe3O4,然后,探讨一步法制备Fe3O4核壳型复合粒子;最后,借助于高分子模板的使用和消除,合成出具有特殊形貌和功能的Fe3O4结构型复合粒子。主要内容如下:1.FeCl3-Na2CO3-抗坏血酸水热体系合成Fe3O4。以抗坏血酸辅助水热体系为研究对象,详细的研究了反应参数和反应产物的相互关系,控制性的合成出了多种形貌的（花生形、椭球形、棒状或球形）FeCO3微米颗粒,并对它们的生长机理进行了初步探讨;抗坏血酸在这个水热过程中既起到了还原剂的作用又起到了形貌调控剂的作用,其可能是通过选择性吸附特定晶面从而影响FeCO3产物的形貌变化的;同时,首次提出了新型的密封热分解氧化法以FeCO3粒子作为前驱体成功的制备出具有花生形和椭球形的Fe3O4材料;在抗坏血酸辅助的水热体系中,通过对实验条件的控制可以成功合成出粒径在5.2nm左右的Fe3O4纳米晶;实验显示体系中的抗坏血酸在反应中不仅起到了还原剂的作用,其反应后的氧化态产物在纳米粒子表面通过羰基配位形成了一个吸附层。这层吸附层不但使Fe3O4纳米粒子具有很好的分散性,同时也提高了这些纳米粒子在水溶液中形成的胶体材料的稳定性;这些Fe3O4纳米晶在室温下显示超顺磁性,具有很强的水溶性,在水溶液中均匀分散,静置一年都不沉降。2.一步法合成Fe3O4@C复合粒子。以葡萄糖炭化水热体系为研究对象,合成具有核壳结构的磁性碳材料。首先,以原位水热炭化法制备出具有核壳结构的Fe3O4@C复合粒子;其次,改变反应条件,合成出具有良好分散性的Fe3O4/Fe2O3@C核壳型复合粒子,利用氢气还原法制备出具有多孔结构的Fe3O4/Fe@C复合粒子;最后,在此体系中还可以制备出具有超顺磁性的Fe3O4@C复合材料,这些磁性碳复合材料可以直接用作贵金属催化剂的载体,合成出的Fe3O4/C/Pd催化剂对Suzuki反应有较好的循环催化能力,通过五次循环以后催化剂仍然保持了95%的催化能力。3.将原位表面聚合和氢气还原相结合,制备出新型的具有核壳结构的椭球形Fe3O4@C复合粒子。首先,采用模板法路线以回流法修饰的a-Fe2O3作为模板粒子原位表面聚合制备出具有椭球形形貌的Fe2O3@PPy核壳型复合粒子,并?择性的控制产物的壳层厚度。以Fe2O3@PPy复合椭球作为前驱体在氢气还原条件下控制性的制备出磁性的核壳型Fe3O4@C和Fe@C复合椭球。同时,这些Fe2O3@PPy复合椭球可以转变成椭球形PPy空心胶囊和Carbon空心胶囊。4.通过模板法路线首次合成出同时具有磁性和光催化性能的Fe3O4/TiO2空心球。首先,采用乳液合成获得平均粒径为270nm的单分散PSA微球,这些微球表面拥有大量的-COOH功能基团:由于后者与Fe3+之间具有较强的配位能力,因此能成功地将超顺磁性的Fe3O4纳米粒子沉积到PSA微球表面,完成其磁性功能化:可以充分利用PSA小球疏松的高分子结构以及丰富的表面功能团对Fe3O4修饰过的PSA小球进行溶涨和原位沉积,实现在PSA@Fe3O4复合微球表面进行的二次包裹,合成出具有明显核壳结构的复合球体材料。该方法可以用来合成其它元素的核壳型复合结构;从PSA@Fe3O4/Ti（OH）x复合微球出发,可以通过溶剂法除去核壳型复合结构的高分子内核,制备出Fe3O4/Ti（OH）x复合空心球。对该空心球体进行醇热处理可以制备出晶粒组成比较小的Fe3O4/TiO2复合空心球,这种方法有效地避免了高温处理法导致的晶粒长大和晶相混乱的难题;本路线合成出的Fe3O4/TiO2复合空心球具有较强的光催化性能。同时,本催化剂具有磁分离功能,在溶液体系中可以通过外加磁场进行液相分离,具有循环利用性。