Fe-,3-O-,4-一維鏈狀結(jié)構(gòu)的制備及相關(guān)問(wèn)題研究.pdf

1、本論文研究了超臨界二氧化碳(CO2)體系下Fe3O4一維鏈的形成及其相關(guān)性質(zhì)。我們以0.25g二茂鐵、0.75g聚乙烯吡咯烷酮(PVP K90)和12.0g二氧化碳為原料，在450℃加熱800分鐘，成功制備了非晶碳層包裹的Fe3O4一維有序鏈狀結(jié)構(gòu)。鏈狀結(jié)構(gòu)由一定數(shù)量的Fe3O4納米粒子組裝而成，粒徑為40-120nm，在單磁疇尺寸范圍內(nèi)，且相鄰粒子之間具有相同的間距。磁測(cè)量顯示Fe3O4一維鏈在室溫表現(xiàn)出鐵磁性質(zhì)，較高的矯頑力Hc值(

2、141 Oe)反映了Fe3O4納米粒子之間很強(qiáng)的鐵磁關(guān)聯(lián)。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)通過(guò)改變反應(yīng)物的量、反應(yīng)溫度和反應(yīng)時(shí)長(zhǎng)等條件，可以在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)納米結(jié)構(gòu)的形貌和結(jié)晶程度。在此基礎(chǔ)上，我們探討了這種非晶碳包裹的Fe3O4一維鏈狀結(jié)構(gòu)的生長(zhǎng)機(jī)理。我們合成的鏈狀結(jié)構(gòu)與趨磁細(xì)菌體內(nèi)磁小體鏈具有非常類似的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，因此對(duì)于理解生物體內(nèi)磁性鏈的形成機(jī)制具有一定的參考價(jià)值。 在合成了非晶碳包裹的Fe3O4一維鏈的基礎(chǔ)上，為了進(jìn)一步理解納米尺度下的化學(xué)反

3、應(yīng)機(jī)理，我們研究了Fe3O4納米粒子在非晶碳納米管中的化學(xué)反應(yīng)。包裹在非晶碳納米管中的Fe3O4納米粒子在低于500℃的溫度下就能被部分還原為單質(zhì)Fe，而非晶碳納米管則在這個(gè)過(guò)程晶化，還原出的Fe與未被還原的Fe3O4粒子分散在碳管中。在研究非晶碳包裹的Fe3O4一維鏈與鹽酸的化學(xué)反應(yīng)中，通過(guò)對(duì)反應(yīng)過(guò)程中溶液中Fe離子濃度變化的檢測(cè)來(lái)研究在碳納米管中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)與常規(guī)反應(yīng)器中的區(qū)別。對(duì)反應(yīng)后所剩的固態(tài)產(chǎn)物進(jìn)行X射線衍射及電子顯微分析發(fā)

4、現(xiàn)，原始粒子鏈狀結(jié)構(gòu)中的Fe3O4粒子與鹽酸完全反應(yīng)后留下空位，使得最終產(chǎn)物為大量的空心竹節(jié)狀碳管。通過(guò)對(duì)Fe離子濃度的變化及電鏡結(jié)果的分析，我們發(fā)現(xiàn)H+是通過(guò)管壁以及端口同時(shí)進(jìn)行擴(kuò)散的，由于非晶碳管的阻礙，使得反應(yīng)速率比體相Fe3O4與鹽酸的反應(yīng)速率要慢，然而在H+擴(kuò)散進(jìn)入碳管內(nèi)部納米反應(yīng)器后，發(fā)生的反應(yīng)卻是十分迅速的，研究結(jié)果表明與宏觀體系下Fe3O4與鹽酸的反應(yīng)是不同的。這為研究局域體系下的化學(xué)反應(yīng)提供了信息，并對(duì)設(shè)計(jì)納米反應(yīng)器和