过渡金属掺杂的氮化铁磁性纳米材料研究
发布时间：2021-09-19 05:47
氮化铁类材料具有优异的磁性性能并且在诸多领域具有潜在的应用价值,因此近年来此类材料受到广泛关注和研究。其中ε-Fe3N及γ′-Fe4N在室温下具有优异的磁学性质,良好的稳定性并且具有类金属性质,已经发现其在磁流体,造影剂及催化领域等方面有着潜在的应用。但是目前在对ε-Fe3N及γ′-Fe4N类材料的研究中,单一的合成方法限制了此类材料在应用方面的进一步研究及探索。因此有必要探索一种简单的合成方法来制备ε-Fe3N及γ′-Fe4N类材料并进一步扩展其应用。我们通过参考之前的研究,利用简单的方法得到了ε-Fe3N磁性材料,并且对Mn、Ni及Co掺杂的ε-Fe3N材料的性质进行了研究,另外我们也尝试合成了γ′-Fe4N磁性材料。此外,我们对所制备材料的应用进行了探索。论文的具体内容如下:1.利用三种不同的有机胺制备了不同的前驱体,并且通过焙烧制备得到了不同的ε-Fe3N磁性材料。首先,我们通过改变焙烧条件并结合我们之前的研究,推测了反应中的相转变过程,其次我们通过透射电镜表征了不同前驱体所得到ε-Fe3N磁性材料的形貌,最后我们对样品的磁性性质进行了研究。测试结果表明,不同的前驱体通过改变焙...
【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：111 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
人类历史上材料发展过程
图 1.2 过渡金属相应的稳定氮化物存在形式[7]除了铂系金属元素，绝大多数过渡金属元素均能够形成氮化物。铁，钴，镍这三种金属是典型的例子，它们均可以形成相应的氮化物[8-13]。图 1.2 为Ⅳ-Ⅷ族过渡金属相应的稳定氮化物形式。可以发现稳定的前过渡金属氮化物大多以MN 及 M2N 形式存在，而稳定的后过渡金属氮化物则以 M3N 形式存在。另外，它们常见结构均是小的氮原子占据间隙位置，例如面心立方，六方密堆积及简单六方。H gg 经验定则认为：晶体结构形成是依靠于半径比 r=rx/rm，其中 rx为非金属原子的半径，rm为金属的原子半径[2]。当计算得到的 r 值小于 0.59 时，金属排列形成简单的晶体结构。例如钛，钒，钼及钨的氮化物，半径比范围从 0.491到 0.576。而当 r 值大于 0.59 时则会形成复杂的结构。这是由于金属间的晶格间隙位置比间隙原子半径稍小。这将导致金属原子与非金属原子之间不能充分结合，结构将变得不稳定。然而，还有很多的氮化物不能完全符合 H gg 经验定则。在这些化合物中，氮原子不能完全占据金属晶格间隙。
图 1.3 FeN 的晶体结构示意图[36]FeN 具体结构如图 1.3 所示，″-FeN 具有立方闪锌矿结构，空间群为 F43 m，晶格参数 a=4.33 ，其中氮原子占据四面体间隙，不具有磁性，而 -FeN ，则具有 NaCl 型结构，晶格参数 a = 4.53 ，空间群为 Fm3m，，其中氮原子占据面心立方铁晶格边缘的中间位置，具有反铁磁性。除晶体结构外，FeN 在电化学催化方面的研究也受到广泛地关注。KongY 等人通过计算发现 FeN 除了 NaCl( -FeN)，ZnS ( ″-FeN) 结构，还能够以 CsCl 结构存在[36]。另外，Kikkawa, S 等人利用铁蒸汽与氮原子反应成功得到 ZnS 型 ″-FeN。Han Yin 等人通过简单的两步水热反应法得到了含有少量 Fe2N 的 FeN 与氮掺杂石墨烯气凝胶的多孔混合材料，并且通过 XPS 测试分析 FeN 中主要以 Fe-N 共价键形式存在，并发现其在氧还原反应中具有可以媲美贵金属催化剂高效的催化性能[37]。1.3.2.2 ζ-Fe2N
本文编号：3401139
【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：111 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
人类历史上材料发展过程
图 1.2 过渡金属相应的稳定氮化物存在形式[7]除了铂系金属元素，绝大多数过渡金属元素均能够形成氮化物。铁，钴，镍这三种金属是典型的例子，它们均可以形成相应的氮化物[8-13]。图 1.2 为Ⅳ-Ⅷ族过渡金属相应的稳定氮化物形式。可以发现稳定的前过渡金属氮化物大多以MN 及 M2N 形式存在，而稳定的后过渡金属氮化物则以 M3N 形式存在。另外，它们常见结构均是小的氮原子占据间隙位置，例如面心立方，六方密堆积及简单六方。H gg 经验定则认为：晶体结构形成是依靠于半径比 r=rx/rm，其中 rx为非金属原子的半径，rm为金属的原子半径[2]。当计算得到的 r 值小于 0.59 时，金属排列形成简单的晶体结构。例如钛，钒，钼及钨的氮化物，半径比范围从 0.491到 0.576。而当 r 值大于 0.59 时则会形成复杂的结构。这是由于金属间的晶格间隙位置比间隙原子半径稍小。这将导致金属原子与非金属原子之间不能充分结合，结构将变得不稳定。然而，还有很多的氮化物不能完全符合 H gg 经验定则。在这些化合物中，氮原子不能完全占据金属晶格间隙。
图 1.3 FeN 的晶体结构示意图[36]FeN 具体结构如图 1.3 所示，″-FeN 具有立方闪锌矿结构，空间群为 F43 m，晶格参数 a=4.33 ，其中氮原子占据四面体间隙，不具有磁性，而 -FeN ，则具有 NaCl 型结构，晶格参数 a = 4.53 ，空间群为 Fm3m，，其中氮原子占据面心立方铁晶格边缘的中间位置，具有反铁磁性。除晶体结构外，FeN 在电化学催化方面的研究也受到广泛地关注。KongY 等人通过计算发现 FeN 除了 NaCl( -FeN)，ZnS ( ″-FeN) 结构，还能够以 CsCl 结构存在[36]。另外，Kikkawa, S 等人利用铁蒸汽与氮原子反应成功得到 ZnS 型 ″-FeN。Han Yin 等人通过简单的两步水热反应法得到了含有少量 Fe2N 的 FeN 与氮掺杂石墨烯气凝胶的多孔混合材料，并且通过 XPS 测试分析 FeN 中主要以 Fe-N 共价键形式存在，并发现其在氧还原反应中具有可以媲美贵金属催化剂高效的催化性能[37]。1.3.2.2 ζ-Fe2N
本文编号：3401139
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