功能铁基化合物纳米材料的控制合成和组装

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近年来,纳米材料,尤其是功能纳米材料的合成及其性能研究引起科研工作者和社会的极大关注和兴趣,这是因为它们的小尺寸和特定形貌为它们带来特殊的性质,这些性质具有明显区别于块体材料的特性。过渡族元素铁,作为自然界中除铝之外含量第二多的金属元素,其化合物包括氧化物和矿物质在内,种类较多且在各个领域都具有很重要的的应用价值。而铁基化合物纳米材料在磁性、药物输送、分离科学、环境、能量存储、气体吸附、光学、催化和电子学等方面也都有着特殊的应用前景,因此功能铁基化合物纳米材料表征、制备和性能研究是当前的一个研究热点。然而,目前很多铁基化合物纳米材料的合成方法,尤其是物理合成法,不仅产率非常低,而且所需要的仪器设备通常都很昂贵,跟化学法比起来效率显得特别低下。而许多化学合成方法涉及的化学反应不仅步骤繁琐,得到的粒子粒径分布不均匀,形貌不整齐均一,而且可能会产生有损于环境或者身体健康的有毒有害物质。因此,探索如何用简单、高效且较环保的方法来合成具有特殊形貌和功能的铁基化合物纳米材料有着很重要的意义,因为它是后续的性能研究和开发的前提,具有基础性和决定性的作用。本论文以合成为主线,通过选取合适的原料,在一定条件下简单、高效地且较环保地合成出了多种具有特良好形貌的铁基化合物微纳米材料,并研究了可能的反应机理和相关性能。论文的主要内容如下:1、以硝酸铁为铁源,通过简单的水热合成方法制备了形貌良好的树枝状单晶水磷铁石Fe5(PO4)4(OH)3·2H2O纳米材料,并改变反应条件研究了产物的变化情况。并且,这种树枝结构的水磷铁石是一种低对称性结构且表现出很好的生物相容性,对于捕获磷酸化多肽具有高的选择性。可推广应用于其它生物性能等。2、通过增大合成上述树枝状结构的单晶水磷铁石纳米材料的反应条件中铁源的配比,得到梭形水磷铁石和α-Fe2O3纳米空心扁球状材料的混合物。再利用此混合物粒径之间的较大差异以及由此产生的在分散介质中的沉降速度的不同,采用乙醇和甘油的混合醇类溶剂作为分散介质,成功地物理性地将混合物分离,得到纯净的α-Fe2O3纳米空心扁球并研究了可能的反应机理。此外,在不添加任何表面活性剂或模板剂的条件下,利用不同的的盐类对铁盐水解反应的影响,合成出一系列不同形貌的氧化铁微纳米材料3、以铁氰化钾为铁源,在不添加任何表面活性剂和模板剂的甘油和水的混合溶剂体系中,一步合成出粒径200 nm左右的磁性Fe304纳米球;在以上体系中再利用羧甲基纤维素钠(CMC)的共同作用,采用混合溶剂热法成功地一步探索合成出粒径均匀分布且小于20 nm的磁性Fe304纳米颗粒并研究了可能的反应机理。
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