自组装磁性及其复合材料的合成与性能研究

发布时间：2017-07-30 09:03

  本文关键词：自组装磁性及其复合材料的合成与性能研究

  更多相关文章： 磁性复合材料 溶剂热法 半导体材料 蛋黄结构 光催化

【摘要】：磁性材料与半导体材料都具优秀的应用性能。Fe3O4是一种优秀的磁性材料,它具有较高的饱和磁化强度,若粒径小于20 nm还拥有超顺磁性,对于科学研究具有重要的意义。TiO2是一种廉价易得、制备方法多样的半导体材料,在光催化降解有机染料方面具有良好的性能。本文利用溶剂热法、辅助水热法以及LSS(液相-固相-溶液)界面反应法分别制备了磁性材料Fe3O4。研究发现,随着溶剂热中碱量的增大(1.2 g,2.4 g,3.6 g),磁性纳米粒子尺寸增大(分别为99 nm,125 nm,175 nm),饱和磁化强度亦增大(分别为53 emu/g,57 emu/g,65 emu/g)。而辅助水热法制备的磁性材料饱和磁化强度大于溶剂热法,达到80 emu/g。将制备的亲水/疏水Fe3O4材料分别包覆SiO2进行表面修饰,SiO2层厚度分别为100 nm/10 nm,为之后的复合材料制备打下基础。在制备的亲水Fe3O4以及Fe3O4@SiO2表面包覆一层锐钛矿TiO2,制备了核壳结构的Fe3O4@TiO2,Fe3O4@Si O2@TiO2。又考虑到中空的蛋黄结构具有优良的物理化学性质,利用二氧化硅保护法(SPC)制备了Fe3O4@void TiO2,这种方法不仅能形成稳定的蛋黄结构,还可以使二氧化钛结晶为锐钛矿同时保持内层Fe3O4的稳定存在。三种复合物包覆均匀,TiO2层厚度在30-63 nm,空心层厚度为100 nm,饱和磁化强度分别27,19,14 emu/g,比表面积分别为40.82 m2/g,20.14 m2/g,121.88 m2/g。以这三种复合材料为研究对象,进行了紫外光下降解10 ppm的罗丹明B(RhB)的性能研究。光照2 h降解率分别达到80.3%,99.6%,99.8%,速率常数分别0.0139,0.0485,0.0580 min-1,证明了中空结构较强的光催化活性。并利用内层磁性材料的分离特性,提高催化剂在反应结束后的分离回收效率。最后以催化速率较快的Fe3O4@SiO2@TiO2为载体,将TiO2掺入N/F元素。比于未掺杂的复合物,在可见光下降解RhB的效率从40.1%提高到53.3%,成功地将磁性-半导体复合材料的吸光范围从紫外区域延伸至可见光区域。
【关键词】：磁性复合材料 溶剂热法 半导体材料 蛋黄结构 光催化
【学位授予单位】：长春理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM27;O643.36
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-7
• 第一章 绪论7-28
• 1.1 磁性材料7-18
• 1.1.1 磁性材料的分类及应用7-8
• 1.1.2 材料的磁性8-10
• 1.1.3 磁性纳米材料的制备方法10-15
• 1.1.4 磁性纳米材料的应用15-18
• 1.2 半导体材料18-22
• 1.2.1 TiO_2纳米材料光催化方面的应用18-19
• 1.2.2 TiO_2纳米材料光催化活性的改进19-22
• 1.3 磁性复合半导体纳米材料22-24
• 1.3.1 磁性/二氧化钛核壳结构的制备23-24
• 1.3.2 磁性/二氧化钛核壳材料应用于光催化24
• 1.4 选题的意义与研究内容24-25
• 1.4.1 选题的意义24-25
• 1.4.2 研究内容25
• 1.5 实验试剂与设备25-28
• 第二章 磁性材料Fe_3O_4的制备与表征28-36
• 2.1 溶剂热法制备磁性纳米材料Fe_3O_428-31
• 2.1.1 实验步骤28
• 2.1.2 测试结果与分析讨论28-31
• 2.2 油酸钠辅助水热法制备Fe_3O_431-33
• 2.2.1 实验步骤31-32
• 2.2.2 实验结果与讨论32-33
• 2.3 LSS法制备磁性纳米材料33-35
• 2.3.1 实验步骤33-35
• 2.4 本章小结35-36
• 第三章 磁性材料Fe_3O_4的表面修饰36-41
• 3.1 亲水Fe_3O_4包覆SiO_236-38
• 3.1.1 实验步骤36
• 3.1.2 结果与讨论36-38
• 3.2 疏水Fe_3O_4包覆SiO_238-40
• 3.2.1 实验步骤38
• 3.2.2 结果与讨论38-40
• 3.3 本章小结40-41
• 第四章 磁性复合半导体材料的制备和表征41-48
• 4.1 实验步骤41-42
• 4.1.1 Fe_3O_4@TiO_2的制备41
• 4.1.2 Fe_3O_4@SiO_2@TiO_2的制备41
• 4.1.3 Fe_3O_4@void TiO_2的制备41-42
• 4.1.4 对照试验42
• 4.2 实验结果与讨论42-47
• 4.3 本章小结47-48
• 第五章 三种结构的Fe_3O_4复合TiO_2材料的光催化性能测试48-55
• 5.1 紫外光下的光催化性能测试48-52
• 5.1.1 实验过程48
• 5.1.2 结果与讨论48-52
• 5.2 可见光下的催化性能测试52-53
• 5.2.1 催化剂的制备及光催化活性测试步骤52-53
• 5.3 本章小结53-55
• 结论55-56
• 致谢56-57
• 参考文献57-62
• 附录62

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本文编号：593401