MOFs衍生多孔TiO_(2)/C、N掺杂Fe_(2)O_(3)复合材料的制备及其光催化性能

将TiO_(2)加入NH_(2)-MIL-101(Fe)前驱体中,采用溶剂热法制备TiO_(2)/NH_(2)-MIL-101(Fe),进一步经高温热处理得到TiO_(2)/C、N掺杂Fe_(2)O_(3)复合材料(TiO_(2)/C、N-Fe_(2)O_(3))。采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、光电子能谱(XPS)、紫外-可见分光漫反射(UV-Vis DRS)和荧光光谱(PL)等方法对所得样品的晶体结构、形貌特征、组成及光谱特性进行表征。在模拟太阳光照射下对罗丹明B(RhB)溶液进行降解,评价其光催化活性。结果表明,C、N均匀掺杂在Fe_(2)O_(3)中,TiO_(2)复合C、N掺杂Fe_(2)O_(3)后禁带宽度减小,模拟太阳光照射2.5 h后,在0.1 g/L TiO_(2)/C、N-Fe_(2)O_(3)复合材料的光催化作用下,10 mg/L罗丹明B的去除率达到95%,速率常速为0.0192 min^(-1),效果较TiO_(2)和C、N-Fe_(2)O_(3)有明显提高。所得复合材料稳定性好、可重复利用。MOFs衍生多孔C、N掺杂Fe_(2)O_(3)与TiO_(2)的复合缩短了带隙,强化了空穴与电子的分离从而提高可见光催化活性。

双尺度Fe_(3)Si相调控对Cu-2.5Fe-0.2Si合金组织和性能的影响

通过在铜铁合金中添加微量Si元素,并利用组合形变热处理工艺对亚微米级Fe_(3)Si相和纳米级Fe_(3)Si相的析出行为进行调控。结果表明:处理后的Cu-2.5Fe-0.2Si合金中形成了大量细小的再结晶晶粒,其抗拉强度、电导率和伸长率分别为401MPa、69.25%IACS和12.50%。合金中纳米级Fe_(3)Si析出相与铜基体的位向关系为[011ˉ]Cu//[11ˉ1]Fe_(3)Si。双尺度Fe_(3)Si相对合金屈服强度的提高均有贡献。其中,纳米级析出相对屈服强度的贡献值更大,约为亚微米级第二相的6倍。相比于Cu-2.5Fe合金,Si的添加促进了合金基体中铁相的析出及细化,降低了动态再结晶温度,进而实现了合金强度、电导率和塑性的协同提高。

氧原子在θ-Fe_(3)C不同晶面的吸附及移除机理

碳化铁θ-Fe_(3)C作为费托反应活性相之一,其氧化造成了催化剂的严重失活。探究氧原子在碳化铁晶面的吸附及移除机理有助于理解氧化过程,为提高催化剂的稳定性提供参考。本工作通过理论计算研究了低覆盖度下氧原子在θ-Fe_(3)C不同晶面的吸附,其在(110)晶面吸附最强,(001)晶面次之,(011)晶面吸附最弱,即(110)容易氧化。原子热力学研究表明,增大H_(2)O分压或降低温度有利于氧原子吸附,容易造成表面氧化。此外,在典型费托反应条件下(110)晶面氧原子的覆盖度最高,进一步证明该晶面易氧化,与低覆盖度吸附结果一致。对移除路径进行计算得出,(011)晶面吸附氧原子直接与CO反应以CO_(2)方式移除能垒较低(0.84 eV);(001)与(110)晶面吸附氧原子主要通过OH歧化以H_(2)O方式移除,但后者形成O−H键需要克服的能垒更高(1.72 vs 1.47 eV)。

焦粉基Fe_(3)O_(4)/C诱导铜盐还原耦合化学沉淀法脱除废水硫氰酸盐

煤焦化过程中产生大量酚-氰-硫氰酸盐等组分复杂的工业废水,对水体生态环境具有潜在危害,研究高效的含硫氰酸盐废水处理技术具有积极的经济、环保意义。以焦粉固废为碳源,采用等体积浸渍,结合限热碳还原法制备磁性Fe_(3)O_(4)/C材料,采用XRD和N 2吸附-脱附技术进行物质结构表征,并应用于诱导铜盐化学沉淀法脱除模拟焦化废水中硫氰酸盐。XRD结果表明,负载的Fe_(3)O_(4)平均晶粒尺寸为10.8 nm,Fe_(3)O_(4)/C材料比表面积6.8 m^(2)·g^(-1)。模拟焦化硫氰酸盐废水(浓度为2.5 g·L^(-1))处理实验结果显示,在铜盐浓度为0.03 mol·L^(-1)时,采用铁质量分数20%Fe_(3)O_(4)/C催化剂(投加量1.25 g),废水初始pH=5.6,45℃下反应2 h,硫氰酸盐脱除率可达99.84%,催化剂稳定性良好;动力学模拟显示反应遵循准二级动力学模型,主要吸附过程受化学作用控制。该研究以焦粉固废为载体,制备了Fe_(3)O_(4)/C材料,通过铁铜物种协同作用,利用化学沉淀法实现了模拟废水硫氰酸盐的高效脱除,为工业化焦化废水处理提供理论支持。

原位自模板合成Fe/Fe_(4)C@HC复合空心球及电催化氧还原研究

化石燃料的过度依赖使人类面临着严重的能源和环境挑战,发展可再生绿色高效能源方式已成为当今社会一重大挑战。本文主要围绕Fe/Fe_(4)C@HC复合空心球催化剂的合成、表征及其电催化氧还原应用方面展开研究。采用原位自模板法合成Fe/Fe_(4)C@HC,通过XRD、SEM、TEM、EDS、XPS、BET等检测表征Fe/Fe_(4)C@HC的组成结构和微观形貌,对Fe/Fe_(4)C@HC的构效关系进行探索。电化学测试表明Fe/Fe_(4)C@HC材料具有优越的氧还原电催化性能,在氧还原催化领域具有一定的应用潜力。

Fe_(2)O_(3)/C锂离子电池负极材料的制备及电化学性能研究

以纳米Fe_(2)O_(3)和乙炔炭黑为原料,通过加入不同质量分数(25%,35%,45%,55%)的乙炔炭黑制备出了Fe_(2)O_(3)/C负极材料,研究了乙炔炭黑占比对Fe_(2)O_(3)/C负极材料的晶体结构、微观形貌及电化学性能的影响。结果表明,Fe_(2)O_(3)/C负极材料具有较高的结晶度,属于六方晶系结构,呈现出微球状颗粒,掺入适量的乙炔炭黑后改善了Fe_(2)O_(3)颗粒分布的均匀性,Fe_(2)O_(3)纳米颗粒被乙炔炭黑连接起来,形成了致密均匀的网格结构。以Fe_(2)O_(3)/C为负极材料制备了CR2025型纽扣电池,随着乙炔炭黑掺杂量的增大,Fe_(2)O_(3)/C负极材料的首次放电容量表现出先增大后降低的趋势,当乙炔炭黑的掺杂量为45%(质量分数)时,Fe_(2)O_(3)/C负极材料的首次放电容量达到最大值483.6 mAh/g。随着循环次数的增加,电池放电比容量衰减逐渐增大,放电过程中电压在0.15 V附近出现了较宽的放电平台,在达到30次充放电循环时,当乙炔炭黑的掺杂量为45%(质量分数)时,Fe_(2)O_(3)/C负极材料的放电比容量降低至115.6 mAh/g,保持率最高为23.91%,经过0.5,1.0,2.0和3.0 C的电流密度放电后,再将电流密度给定到0.5 C时,电池的放电容量变化较小,具有优异的倍率性能。

Fe_(2)O_(3)/MIL-53(Fe)/rGO的可控制备及其光催化性能研究

金属有机框架材料(MOFs)在气体储存、分离、分子识别、磁性和催化等领域应用广泛,引起了研究者的关注,但MOFs较差的稳定性和导电性在一定程度上限制了其应用。先以铁基有机骨架化合物(MIL-53(Fe))为牺牲模板,通过简单易控的煅烧方式制备出Fe_(2)O_(3)/MIL-53(Fe),然后将其与石墨烯进行复合,得到Fe_(2)O_(3)/MIL-53(Fe)/还原氧化石墨烯复合材料(Fe_(2)O_(3)/MIL-53(Fe)/rGO)。采用扫描电子显微镜(SEM)、透射电镜(TEM)、热重分析(TG)和荧光光谱分析(PL)等手段对Fe_(2)O_(3)/MIL-53(Fe)/rGO的形貌和结构进行了表征,并探索了其在可见光下的光催化性能。结果表明:在25℃下,可见光光照1h后,0.2g/L Fe_(2)O_(3)/MIL-53(Fe)/rGO可实现对10mg/L亚甲基蓝(MB)的100%降解。该光催化剂制备简单,催化效率高,且重复稳定性较好,具有良好的应用性能。

Fe^(0)@Fe_(3)O_(4)/火山岩催化H_(2)O_(2)氧化亚甲基蓝脱色研究

以火山岩为载体,采用化学沉淀法和液相还原法制备Fe~0@Fe_(3)O_(4)/火山岩催化剂,结合X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)和比表面积测试(BET)进行表征,并通过亚甲基蓝(Methylene Blue,MB)模拟废水试验对催化剂活性进行评价。XRD结果显示,两种方法制得的催化剂中有明显的铁氧化物和零价铁衍射峰;TEM结果显示,Fe~0和Fe_(3)O_(4)以核壳结构分布在火山岩表面;BET结果显示,Fe~0@Fe_(3)O_(4)/火山岩的比表面积是火山岩的5倍,且孔容和孔径都有所增加。利用火山岩自身铁元素质量分数高的特性,对火山岩改性并制备Fe~0@Fe_(3)O_(4)/火山岩催化剂,制得的催化剂能够有效地催化废水中的MB脱色,成本低且3 h的脱色率可达98.47%。Fe~0@Fe_(3)O_(4)/火山岩催化剂提高了MB的矿化度并具有较高的可重复利用价值,催化氧化系统主要遵循羟基自由基的反应机理。

基于Fe_(3)O_(4)@MIL-100(Fe)@Ag NPs的三唑磷SERS检测方法

针对在农产品中简便、快速地检测农药三唑磷残留问题,建立基于磁纳米、金属有机框架和Ag纳米颗粒(Ag NPs)的核-壳-卫星纳米结构表面增强拉曼光谱(surface-enhanced Raman scattering,SERS)基底,并应用在有机磷农药三唑磷的灵敏检测。通过低温循环自组装法和银镜循环制备了由MIL-100(Fe)包覆的Fe_(3)O_(4),并在表面原位负载Ag NPs组成的核-壳-卫星纳米结构的Fe_(3)O_(4)@MIL-100(Fe)@Ag NPs基底。对苹果中的三唑磷残留进行SERS传感,三唑磷特征峰强度对数值与质量浓度对数值的线性检测范围为0.05~10 mg/L,线性方程为Y=0.573 8X+2.804(R^(2)=0.980),检出限低至11.9μg/L。在加标量为2、5、10 mg/L时,该方法的回收率为90.07%~103.27%。表明制备的SERS基底在食品农残中的检测领域具有巨大潜力。

桉树遗态Fe_2O_3-Fe_3O_4/C复合材料的制备及其对水中锑(Ⅲ)的吸附研究

以桉树为植物模板,通过氨水浸提、硝酸铁浸渍和马弗炉有氧焙烧等处理制备获取桉树遗态Fe2O3-Fe3O4/C复合材料,借助扫描电镜和X射线衍射分析仪等手段对其进行了结构和性质分析;通过吸附试验研究了初始Sb(Ⅲ)含量、pH、吸附剂投加量以及吸附剂粒径对吸附效果的影响。结果表明,获取的复合材料很好地保留了桉树自身固有的植物本征结构,且Fe2O3和Fe3O4是其主要组成部分,呈现出其对水中Sb(Ⅲ)的良好吸附性能;随着Sb(Ⅲ)初始含量的增加,桉树遗态Fe2O3-Fe3O4/C复合材料对Sb(Ⅲ)的吸附量增大;温度对吸附除Sb(Ⅲ)没有明显影响;初始溶液pH为8时,Sb(Ⅲ)的去除效果最好;适宜吸附剂投加量为0.5 g/50 mL;吸附剂粒径小利于吸附率的提高,但块状材料也显示出良好的吸附性能。

铁基金属包膜内Fe_3C的行为与高温高压金刚石单晶生长

利用电子探针、X射线衍射和扫描电镜等手段,表征了包围着高温高压金刚石单晶的铁基合金触媒和铁基金属包膜的组织结构.结果表明:随合成时间增加,金属包膜内呈现出越来越少的条状Fe_3C组织;金刚石生长较好时,包膜内则未发现条状Fe_3C.利用余氏理论分析了Fe_3C晶格内C—C键组成晶面和与之对应的金刚石晶面的共价电子密度,发现它们在一级近似下存在连续性,满足程氏理论提出的原子界面边界条件.据此分析认为,高温高压金刚石单晶的生长与铁基金属包膜内的Fe_3C分解有关.

Fe/Fe_3C填充的碳纳米管复合材料的制备与微波吸收性质

利用化学气相沉积法,以乙醇为碳源,二茂铁为催化剂前驱物,对二氯苯为添加剂,制备了Fe/Fe3C纳米线填充的碳纳米管复合材料,并通过SEM、XRD、HRTEM等分析方法对产物的形貌和微结构进行了研究。实验结果表明对二氯苯对碳纳米管的填充起决定作用,产物中Fe/Fe3C纳米线填充率可达33%;使用该复合材料制备的吸波涂层在厚度为2mm、频率为4.5GHz时有强吸收峰,厚度增加时吸收峰往低频方向移动,表明此材料有望在低频段实现对电磁波的有效吸收。

毛竹遗态Fe_2O_3/Fe_3O_4/C复合材料对水中锑(Ⅲ)的吸附研究

以毛竹遗态Fe_2O_3/Fe_3O_4/C复合材料为吸附剂,锑(III)初始含量、溶液初始pH值、吸附剂投加量以及吸附剂粒径为影响因素开展吸附影响研究。结果表明,随着锑(III)初始浓度的升高,毛竹遗态Fe_2O_3/Fe_3O_4/C复合材料对锑(III)的吸附量逐渐增加;初始溶液pH为7时,对锑(III)的吸附效果最好,吸附量为4.782 1 mg/g;块状吸附剂对水中锑(III)的去除率和吸附量与粉末状吸附剂吸附效果相当。

稀土元素在α-Fe和Fe_3C中分配行为的第一性原理研究

基于密度泛函理论的第一性原理,采用分配焓研究了Sc,Y,Ce和La四种稀土元素在α-Fe和Fe3C之间的分配行为,并讨论了稀土合金渗碳体的平均重叠布居数和态密度.研究结果表明:α-Fe和Fe3C中的稀土元素均呈现一定的反铁磁性.在铁磁态和无磁态时这些稀土的分配焓均为负,说明了它们更容易分配并固溶于渗碳体,且使渗碳体中Fe—C共价键和Fe—Fe金属键增强,从而提高了渗碳体的稳定性;此外,Sc更容易占据渗碳体中Fe的4c位置,而Y,Ce和La更容易置换渗碳体中的8d位置,与平均重叠布居数和态密度分析的结果一致.

Fe_2O_3/ZnFe_2O_4/C复合材料的制备及其电化学性能

本文以葡萄糖作为碳源,采用溶剂热法进行原位碳包覆合成了Fe_2O_3/ZnFe_2O_4/C材料,研究了材料的结构及电化学性能。采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、循环伏安扫描(CV)和恒流充放电技术对材料结构及电化学性能进行了表征。结果表明,采用此法合成的Fe_2O_3/ZnFe_2O_4/C复合材料呈现多孔结构,粒径约为250nm,经历40次循环后材料的可逆容量依然能保持在645.7mAh/g,较未包覆碳材料的电极提高了19.0%,其可逆容量和循环稳定性能得到了显著提升。

CO/CO_2气氛对Fe_3C形成的影响规律

利用X-ray衍射和失重法研究了CO/CO2混合气体还原氧化铁过程中Fe3C的生成规律,得到3Fe+2CO=Fe3C+CO2的反应标准自由能表达式为:△G°=-151 470+168.78T,绘制了碳化铁生成热力学平衡图,与实验结果基本吻合。

CO选择性氧化催化剂Au/Fe_2O_3的研究

采用共沉淀法制备了Au/Fe2O3催化剂,并用于富氢气体中CO的选择性氧化反应。研究结果表明,Au/Fe2O3催化剂对于富氢气体中CO的选择性氧化反应具有较高的低温活性和较高的选择性。40～80℃时对CO的转化率在94%以上,选择性在65%以上。在80℃时连续反应300h,催化剂表现出很好的稳定性。XRD、XPS和BET分析结果表明,催化剂的性能与单质Au的粒径有关,粒径越小,催化活性越高。

偶联EGFR单抗C225的Fe_3O_4/Ag复合纳米颗粒的抗体活性鉴定及其对鼻咽癌细胞增殖的作用

目的:研究多功能纳米材料Fe3O4/Ag/C225在体外的稳定性、靶向性及抗肿瘤疗效。方法:检测复合纳米颗粒Fe3O4/Ag的释药水平;通过MTT比色法初步检测Fe3O4/Ag/C225抑制鼻咽癌肿瘤细胞生长的作用;采用ELISA法检测复合纳米颗粒Fe3O4/Ag/C225上的C225的稳定性。结果:复合纳米颗粒Fe3O4/Ag/C225释药缓慢;偶联在复合纳米颗粒Fe3O4/Ag/C225上C225保持了抗体本身约82%的活性;复合纳米颗粒对鼻咽癌肿瘤细胞抑制作用明显。结论:Fe3O4/Ag/C225在体外稳定性好,偶联C225的复合纳米颗粒保存了抗体活性,对鼻咽癌肿瘤细胞有抑制作用。Fe3O4/Ag/C225有望发展成为分子影像调强放疗的多功能示踪剂。

高软磁低电导率Fe-Fe_(3)N薄膜的N原子含量调控

微电子器件具有广泛的应用前景,为了使微电子器件具有优良的高频特性,同时具有高饱和磁化强度、低矫顽力以及高电阻率软磁薄膜的研发成为其中的关键.本文采用射频原子源辅助真空热蒸发方法制备了不同N原子含量的Fe-Fe_(3)N软磁薄膜.高饱和磁化强度Fe_(3)N相含量和(102)取向度的增大,使薄膜的饱和磁化强度增大,相比于Fe薄膜,饱和磁化强度提高了55.2%,达到1705.6 emu/cm^(3)(1 emu/cm^(3)=10^(3)A/m).此外,Fe_(3)N(102)取向度的增大会产生较大的晶格错配,阻碍Fe和Fe_(3)N晶粒的生长,使薄膜晶粒尺寸降低,矫顽力(50.3 Oe(1 Oe=10^(3)/(4π)A/m))比Fe薄膜降低了68.6%.同时,较大的晶格错配也会促进载流子散射,提高了Fe-Fe_(3)N薄膜电阻率,使得其电阻率(8.80μΩ·m)比Fe薄膜增大了7倍.因此,本文为高饱和磁化强度、低矫顽力以及高电阻率软磁薄膜的研发提供了新方法.

金刚石单晶合成工艺与铁基触媒中初生Fe_3C形貌的关系

利用光学显微镜和X射线衍射等手段,表征了高温高压下合成金刚石单晶时不同合成工艺的铁基触媒合金组织结构。结果发现:金刚石合成效果较好时的触媒组织中Fe3C呈规则的条状,而合成效果不好时的触媒组织中局部出现了不规则的团絮状Fe3C。分析认为,Fe3C在不同的结晶条件下表现出不同的生长行为,高温高压下金刚石单晶的生长与触媒中Fe3C的生长行为有密切关系。