非水介質(zhì)中電解氧化法合成制備納米Fe-,2-O-,3-的研究.pdf

1、納米氧化鐵作為一種功能材料，有著許多優(yōu)異的性能和廣泛的應(yīng)用。隨著對(duì)納米氧化鐵研究的不斷發(fā)展和深入，各種新的制各方法不斷涌現(xiàn)。以電化學(xué)法合成納米金屬氧化物粒子，是一種的新穎制備方法。本文采用金屬鐵片為“犧牲陽極”，不銹鋼片為陰極，在非水介質(zhì)中，采用無隔膜電解槽，通過電解氧化法來合成納米Fe2O3。本文的工作主要可概括為以下三個(gè)方面： 1.對(duì)非水介質(zhì)中，采用金屬鐵電解氧化法來制備納米氧化鐵的合成工藝條件進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。通過對(duì)金屬鐵

2、電極在DMF中的電化學(xué)行為研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)電位高于一定值時(shí)，鐵電極在DMF中會(huì)發(fā)生溶解，即采用電解金屬陽極法是可行的。同時(shí)對(duì)電解質(zhì)濃度、電流密度、水的含量、電極間距離等影響因素作了實(shí)驗(yàn)比較，結(jié)果表明：以DMF(N,N-二甲基甲酰胺)為介質(zhì)，四丁基溴化銨(支持電解質(zhì))濃度為0.08mol/L，水的體積百分含量為2％，電極間距取5.0mm時(shí)，進(jìn)行電解最為適宜。另外，通過正交試驗(yàn)法，對(duì)金屬鐵電解反應(yīng)的工藝條件作了優(yōu)化處理，結(jié)果表明：當(dāng)電流密度為1

3、2 mA/cm2、電解質(zhì)濃度為0.08mol/L、電解溫度為50℃、兩電極間距為5.0mm時(shí)，其反應(yīng)的電流效率最高，達(dá)到92％。 2.對(duì)產(chǎn)物-納米氧化鐵進(jìn)行了結(jié)構(gòu)表征。通過樣品的FT-IR、TG-DSC、XRD、FEM、粒度分布等綜合測試，分析結(jié)果表明：由電解反應(yīng)所得凝膠經(jīng)濃縮、離心、清洗、40℃的真空干燥后，得到是無定形的FeOOH納米粒子：再經(jīng)320℃煅燒后，轉(zhuǎn)化為γ-Fe2O3粒子，平均粒徑為22.0nm；若進(jìn)一步提高煅燒

4、溫度，在540℃下煅燒，即可得到平均粒徑為35.2nm的α-Fe2O3粒子。同時(shí)，對(duì)相應(yīng)粒子的磁學(xué)特性作了相應(yīng)的測定。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：由實(shí)驗(yàn)制得的γ-Fe2O3納米粒子比普通的粒子有更小的矯頑力和剩磁比，顯示出優(yōu)異的軟磁特性。 3.對(duì)電化學(xué)合成納米氧化鐵的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)及反應(yīng)機(jī)理作了基礎(chǔ)的研究。根據(jù)鐵陽極極化曲線的測試結(jié)果及相應(yīng)的數(shù)學(xué)處理發(fā)現(xiàn)：金屬鐵在DMF介質(zhì)中的電化學(xué)極化反應(yīng)是相當(dāng)慢的，其反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)速度常數(shù)K0約在9.74 ×109～

5、2.05×10-8范圍之內(nèi)，而它的傳遞系數(shù)也很小(β=0.022)。在優(yōu)化條件下，其Tafel公式可表示為：η=4.60+1.352.lgi。在此基礎(chǔ)上，建立了(電解)氧化反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)模型，對(duì)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)進(jìn)行了探索。研究結(jié)果表明：動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與理論推導(dǎo)結(jié)果完全吻合，其反應(yīng)速度只于反應(yīng)時(shí)間有關(guān)，呈現(xiàn)零級(jí)反應(yīng)特征，動(dòng)力學(xué)方程可簡單表示為：[Fe2+]=K't。根據(jù)動(dòng)力學(xué)結(jié)果，我們對(duì)電解氧化反應(yīng)的機(jī)理也作了相應(yīng)的探索，并提出了非水介質(zhì)中金屬鐵