碳/四氧化三铁纳米复合材料合成研究

为提高四氧化三铁纳米粒子的催化活性和稳定性,采用均匀沉淀方法制备了活性炭/四氧化三铁(AC/Fe3O4)粒子和碳纳米管/四氧化三铁(CNTs/Fe3O4)粒子两种复合材料,利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射分析(XRD)以及热重分析(TGA)对复合粒子进行了表征,并测定了它们的电化学性能。研究结果表明:采用该方法制备的四氧化三铁粒子纯度高、大小均匀,粒径在40～100nm;CNTs/Fe3O4中的四氧化三铁粒子粒径较AC/Fe3O4中的更小;经过超声波作用后CNTs/Fe3O4的稳定性较好,而AC/Fe3O4的稳定性很差;两种复合材料均能改善镧镁镍合金的放电比容量和稳定性。

固相剪切磨盘碾磨法制备四氧化三铁/氮掺杂石墨烯复合材料及其在锂离子电池中的应用

固相剪切磨盘碾磨法是一种基于全固相反应、不同于传统球磨方法制备微纳米基功能复合材料的新方法。本文以石墨和纳米四氧化三铁为原料,三聚氰胺为氮掺杂剂,采用固相剪切磨盘碾磨法,成功制备了四氧化三铁/氮掺杂石墨烯复合材料(Fe_3O_4/N-G)。通过X射线衍射(XRD)、拉曼光谱(RM)、透射电镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)、比表面积(BET)测试和电化学测试对样品结构、形貌和电化学性能进行表征。测试结果显示:该方法能够在将石墨剥离成少数层石墨烯的同时,实现石墨烯的氮掺杂以及与Fe_3O_4的均匀复合,最终制得Fe_3O_4/N-G复合材料;将该复合材料作为锂离子电池负极材料,表现出优异的循环稳定性,在100mA·g-1的电流密度下经过100次循环后,Fe_3O_4/N-G可逆比容量保持在869 mAh·g-1,远高于纯Fe_3O_4的78mAh·g-1。该方法为制备石墨烯基复合电极材料提供了绿色环保、简便易行的新方法。

聚苯硫醚/四氧化三铁复合材料的力学和磁性能

采用熔融共混的方法制备了聚苯硫醚(PPS)/四氧化三铁(Fe3O4)复合材料,考察了复合材料的形态、力学性能及磁性能。结果表明,均匀分散的Fe3O4粒子与PPS基体界面结合紧密;与纯PPS相比,复合体系在拉伸和弯曲强度显著提高的同时,冲击性能也有所改善;但过多的Fe3O4填充量反而不利于材料力学性能的提升。此外,复合体系的磁性仅依赖于Fe3O4的含量,而与Fe3O4的分散程度无关;因此,要获得既具有良好力学性能,又具有较高磁性的复合材料,30%(质量)左右的Fe3O4填充量较为适宜。

镧-四氧化三铁-沸石复合材料制备及去除水中磷酸盐和铵

采用La3+、Fe^(2+)、Fe3+和粉末状天然沸石制备了一种镧-Fe_3O_4-沸石复合材料,通过批量吸附实验考察了该复合材料对水中磷酸盐和铵的吸附作用.结果表明,镧-Fe_3O_4-沸石复合材料对水中磷酸盐和铵的单位吸附量随吸附剂投加量的增加而降低,对磷酸盐和铵的去除率随吸附剂投加量的增加而增加.当溶液pH值由6逐渐增加到11时,镧-Fe_3O_4-沸石复合材料对水中磷酸盐和铵的吸附能力逐渐下降.镧-Fe_3O_4-沸石复合材料对水中磷酸盐的吸附平衡数据可以采用Langmuir、Freundlich和Dubinin-Redushkevich(D-R)等温吸附模型加以拟合,对铵的吸附平衡数据可以采用Langmuir和D-R等温吸附模型加以拟合.根据Langmuir模型计算得到的镧-Fe_3O_4-沸石复合材料对水中磷酸盐和铵的最大单位吸附量分别为12.9 mg·g^(-1)(以磷计)和6.99 mg·g^(-1)(以铵计).镧-Fe_3O_4-沸石复合材料对水中磷酸盐和铵的吸附动力学过程可以采用准二级动力学方程加以描述.升高反应温度增强了镧-Fe_3O_4-沸石复合材料对水中磷酸盐和铵的吸附.溶液存在的氯离子、硫酸根离子和碳酸氢根离子对镧-Fe_3O_4-沸石复合材料吸附磷无负面影响.溶液存在的钾离子对镧-Fe_3O_4-沸石复合材料吸附铵的负面影响最大,其次为钠离子,钙离子的负面影响最小.1 mol·L^(-1)NaOH溶液可以使50%左右吸附到吸附剂上的磷酸盐解吸下来.1 mol·L^(-1)NaCl溶液可以使98%左右吸附到吸附剂上的铵解吸下来.当溶液pH值为7时,镧-Fe_3O_4-沸石复合材料对磷酸盐的吸附机制主要是配位体交换作用.镧-Fe_3O_4-沸石复合材料对铵的吸附机制主要是阳离子交换作用.

纳米四氧化三铁及其复合材料的性能研究进展

纳米四氧化三铁因其具有超顺磁性、粒径小、比表面积大、易回收等优点,在许多领域都有着广阔的应用前景。近年来,关于Fe_3O_4及其复合材料的制备与性质研究很多。本文综述了纳米四氧化三铁及其复合材料的制备和性能研究进展,重点介绍了四氧化三铁在抗菌、吸附、催化、光、电等性能方面的最新研究进展。

聚丙烯/四氧化三铁纳米复合材料的制备、表征及磁性能研究

采用固态高速搅拌预混-熔融密炼过程制备了磁性聚丙烯(PP)/四氧化三铁(Fe3O4)纳米复合材料,并分别利用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、示差扫描量热仪(DSC)、热失重分析仪(TGA)和振动样品磁强计(VSM)对获得的复合材料的形貌、结构及磁性能进行了表征。结果显示:Fe3O4纳米粒子质量分数为5%时在聚合物基体中分散良好,基本呈单颗粒分散;随着Fe3O4含量的增加,粒子在PP基体中团聚程度加剧。Fe3O4和PP在复合材料中保持了各自的晶相结构,但是Fe3O4的加入降低了PP的结晶程度。同时,Fe3O4的加入提高了PP的热稳定性。振动样品磁强计(VSM)的结果表明:复合材料的饱和磁化强度(Ms)随Fe3O4含量的增加而增加,并呈线性的依赖关系;矫顽力(Hc)和剩余磁化强度(Mr)均很小,所制得的磁性纳米复合材料近似呈超顺磁性;该研究为磁性高分子纳米复合材料的制备提供了一种简单易行,Fe3O4纳米粒子在聚合物基体中良好分散,并且可以大批量生产磁性纳米复合材料的方法,并可能促进PP/Fe3O4纳米复合材料在电磁屏蔽和微波吸收等领域的应用。

四氧化三铁及其复合材料在锂离子电池中的研究进展

四氧化三铁及(Fe_3O_4)其复合材料的制备方法、复合方式对材料的电化学性能的表达有着至关重要的影响。总结了近十年来,不同形貌、尺寸及结构的Fe_3O_4及其复合材料的合成方法及电化学性能,并对其在锂离子电池负极材料中的应用进行了展望。

石墨烯/空心四氧化三铁/聚苯胺纳米复合材料的制备与表征

以天然石墨粉为原料,浓硫酸、高锰酸钾为氧化剂,采用改进的Hummerε法制备了氧化石墨烯(GO)。采用溶剂热法、原位聚合法,通过空心Fe_3O_4(H-Fe_3O_4)在GO片层上的原位生长和聚苯胺(PNAI)在石墨烯/H-Fe_3O_4复合材料表面的原位聚合,成功制备了石墨烯/H-Fe_3O_4/PNAI纳米复合材料。采用傅里叶变换红外光谱仪、X射线衍射仪、扫描电子显微镜等表征了复合材料的结构。结果表明:H-Fe_3O_4被成功负载在石墨烯表面,且复合材料中未出现GO在衍射角为10.24°的衍射峰,表明GO在溶剂热反应中,在乙二醇的作用下被成功还原成石墨烯。

聚苯胺/镀银四氧化三铁复合材料的制备与表征

以聚苯胺(PANI)为基体,Fe3O4为磁性能给体,通过化学镀的方法在Fe3O4表面包覆一层银单质制备Ag/Fe3O4,并通过化学原位聚合的方法将PANI与Ag/Fe3O4复合,制备导电聚合物电磁双复型复合材料PANI/Ag/Fe3O4。结果表明,当Ag/Fe3O4的添加量为PANI质量的20%时,PANI/Ag/Fe3O4复合材料的电导率为0.85S/cm,饱和磁化强度为16.34emu/g,复合材料的电磁性能得到很好的匹配;Ag/Fe3O4的加入阻碍了PANI的分解,PANI/Ag/Fe3O4复合材料的分解温度升高,热稳定性加强。

石墨烯空心四氧化三铁聚苯胺纳米复合材料及其制备

本发明公开了一种石墨烯/空心四氧化三铁/聚苯胺纳米复合材料及其制备方法。该方法以天然石墨粉为原料,浓硫酸、高锰酸钾为氧化剂,采用改进的Hummers法制备出了氧化石墨烯。以过硫酸铵为引发剂,通过原位聚合得到石墨烯/空心四氧化三铁/聚苯胺纳米复合材料。本发明采用简便的水热法和原位聚合法,可以制备出吸波性能优异的石墨烯/空心四氧化三铁/聚苯胺纳米复合材料。

四氧化三铁/石墨烯纳米复合材料的静电自组装制备及储锂性能

采用一种简单便捷的溶胶静电自组装技术,经高温煅烧还原制得四氧化三铁/还原氧化石墨烯纳米复合材料(FGCM)。经X射线衍射技术(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、热重分析技术(TGA)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、拉曼(Raman)光谱、X射线光电子谱(XPS)及N 2吸附-脱附实验等方法对复合材料的结构、组成及形貌进行了表征。结果显示,粒径约7 nm的球状Fe_(3)O_(4)颗粒均匀紧密地分散在还原氧化石墨烯(rGO)褶皱状表面,从而有效地避免了Fe_(3)O_(4)颗粒的团聚。将制备的FGCM作为锂离子电池负极材料研究其锂电性能,由于Fe_(3)O_(4)和rGO两组分之间的协同效应,在100 mA·g^(-1)的充放电流密度下,其首次放电比容量高达1405 mAh·g^(-1),经100次充放电循环后其放电比容量仍高达663 mAh·g^(-1)。此外,复合材料亦呈现持久的循环稳定性与优异的倍率性能。研究表明,FGCM是一种集石墨烯和四氧化三铁的优点于一体的优良的锂离子电池负极材料。

高性能超级电容器用氧化钌/氮掺杂多孔碳复合材料的研究

采用快速、简便的两步合成法,将RuO2纳米粒子均匀地负载在氮掺杂多孔碳(NPCs)上,形成RuO2/NPCs复合材料。首先以壳聚糖为前驱体,SiO2纳米颗粒为硬模板,制备出比表面积高、呈三维多孔结构的氮掺杂多孔碳材料;在此基础上,将RuO2纳米粒子通过溶胶-凝胶法均匀负载到NPCs碳骨架的表面和孔隙中,得到RuO2/NPCs-800复合材料。研究结果表明,RuO2均匀负载在NPCs的碳骨架上,有效地提高了复合材料的导电性;同时,电化学性能测试显示,RuO2对复合材料的电化学性能有显著提高,当电流密度为0.5 A/g时,RuO2/NPCs-800复合材料的比电容高达411.5 F/g,相当于同等条件下NPCs(123.9 F/g)的3.3倍;同时显示较好的循环稳定性,在5 A/g电流密度下,5000次循环后,只有6.3%比电容降低。

四氧化三铁/石墨烯纳米复合材料的制备及其超级电容性能

采用一种简单便捷的溶胶静电自组装技术,经高温煅烧还原制得四氧化三铁/还原氧化石墨烯复合纳米材料(FGCM)。经X射线衍射技术(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、热重-差热分析技术(TGA)等方法对复合材料的组成、结构及形貌进行表征,结果显示粒径约200 nm六方片状的Fe3O4颗粒紧密分布在还原氧化石墨烯(rGO)褶皱状表面。对所制备的FGCM进行超级电容性能测试,结果显示由于Fe3O4和rGO两组分之间的协同效应,复合材料具有很高的充放电比容量,表明FGCM是一种集石墨烯和四氧化三铁优点为一体的优良的超级电容器电极材料。

低密度碳粘接碳纤维复合材料(CBCF)抗氧化改性研究

以全氢聚硅氮烷(PHPS)为原料,采用浸渍-热转化方法,在低密度碳粘接碳纤维复合材料(CBCF)中短切碳纤维表面成功包覆硅氧氮(SiON)涂层。采用扫描电子显微镜(SEM)、能量色散X射线光谱(EDS)等分析测试手段对碳纤维表面的SiON涂层进行了形貌和物相分析,结果表明:涂层主要由Si、O、N元素组成,在PHPS浓度为3wt%和5wt%条件下制备的涂层均匀、致密,随着PHPS浓度的提高,涂层厚度增加,但易发生结块。当PHPS浓度为10wt%和20wt%时,制备的SiON涂层出现结块并且存在裂纹。采用热重分析和等温氧化实验对纯CBCF和SiON涂层改性的CBCF复合材料抗氧化性能进行考核,结果显示碳纤维表面包覆SiON涂层能够显著提高CBCF复合材料的抗氧化性,随着PHPS浓度增大,低密度CBCF复合材料抗氧化性能显著提高。

β-环糊精/四氧化三铁纳米复合材料功能化研究进展

四氧化三铁纳米粒子具有顺磁性、高比表面积和能锚定和吸附功能分子的活跃表面等性质,在诸多领域显示了广泛的应用价值。将环糊精修饰在纳米四氧化三铁上,构筑成为β-环糊精/四氧化三铁纳米复合材料,既充分发挥环糊精在主客体催化、药物负载和缓释、有机污染物的包合作用,又能巧妙利用了纳米四氧化三铁比表面积大,单分散性和磁性响应可回收的优势。文章综述了β-环糊精/四氧化三铁纳米复合材料在环境污染物吸附/相分离、催化、药物载体等方面的研究进展。

PDA/Fe_(3)O_(4)上浆对碳纤维/聚酰胺6热塑性复合材料力学性能的影响

在碳纤维增强热塑性复合材料中,碳纤维(CF)与热塑性树脂基体间的界面强弱对其整体力学性能有巨大的影响。为改善CF与聚酰胺6(PA6)的界面性能,利用多巴胺(DA)的聚合与黏附特性,将纳米相四氧化三铁(Fe_(3)O_(4))引入到CF表面进行协同修饰,通过简单的浸渍共沉积,利用DA的氧化自聚合在CF表面构建聚多巴胺/纳米四氧化三铁(PDA/Fe_(3)O_(4))涂层。对CF改性前后表面微观结构与化学特性进行了表征,结果表明PDA/Fe_(3)O_(4)上浆剂能够显著提高CF表面的粗糙度与化学活性,加强纤维与树脂基体的机械啮合作用与化学相互作用。与未改性CF/PA6复合材料相比,制备得到的改性CF/PA6复合材料表现出优异的力学性能,其弯曲强度、层间剪切强度分别提高了30.8%和29.1%。

四氧化三铁基复合材料在生物磁分离中的应用

磁分离是一种借助外部磁场实现物质分离的技术,广泛应用于污水处理、生物医学及酶反应工程等领域。与传统的分离方法相比,磁分离技术具有反应条件温和、成本低廉、操作简便等优点。四氧化三铁基复合纳米粒子因具有高的比表面积、优秀的生物相容性和量子尺寸效应,且易于表面修饰,成为目前生物磁分离材料研究热点之一。功能化的四氧化三铁复合材料对细胞、病毒、蛋白、核酸等多种生物活性物质都有优秀的特异性和极高的分离效率。本文总结了四氧化三铁基复合材料在生物医学磁分离各个分领域的研究进展。

二氧化锰/多孔氮掺杂碳复合材料的制备及线性超级电容器的性能

线性超级电容器在便携式和可穿戴电子产品中有着巨大的应用前景.本研究以尿素为氮源,葡萄糖为碳源,通过牺牲自模板法,制备了二维超薄多孔结构的氮掺杂碳纳米片(2D-PNC).然后在其表面均匀负载了针状结构的二氧化锰(MnO_(2)),从而得到一种高性能的MnO_(2)@2D-PNC纳米复合材料.在此基础上,将MnO_(2)@2D-PNC涂覆到碳纤维线和铝箔上,分别作为柔性内电极和外电极,利用离子液体凝胶作为固态电解质,制备出具有高能量密度的共轴线性超级电容器,其能量密度可达40.5(W·h)/kg,并且具有良好的循环稳定性能.本研究成果不仅在电极材料结构设计的研究上具有指导意义,而且将为可穿戴储能器件的发展提供新思路和可靠的实验依据.

石墨烯/四氧化三铁复合材料的制备及光催化去除Cr(Ⅵ)性能研究

光催化技术能有效解决日益严重的水污染问题,其中心是高效光催化材料的设计与合成。本文采用溶剂热法成功制备了石墨烯/四氧化三铁复合材料,通过实验探究不同pH值、不同质量比、不同投加量以及Cr(Ⅵ)浓度对石墨烯/四氧化三铁复合材料光催化活性的影响。采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射技术(XRD)对复合材料进行表征,结果显示复合材料粒径均匀,粒径约为200~300 nm,四氧化三铁纯度较高且具有反尖晶石结构。光催化性能实验结果表明:Cr(Ⅵ)溶液的质量浓度为100 mg/L,pH值为4,复合材料投加量为60 mg,石墨烯/四氧化三铁复合材料(质量分数4%)光催化去除Cr(Ⅵ)的效果最佳,去除率可达91.7%。

Fe_3O_4@碳/氧化石墨烯复合材料制备及染料吸附性能

采用水热法合成了四氧化三铁@碳/氧化石墨烯（Fe_3O_4@C/GO）复合材料,并利用XRD、TEM、VSM等对其结构与性质进行了表征,进一步研究了其对水中染料的吸附性能.研究结果表明,Fe_3O_4比较均匀地分散在GO上;在实验范围内,随着GO用量、罗丹明B初始浓度或吸附温度的提高,Fe_3O_4@C/GO复合材料对罗丹明B染料的饱和吸附量均相应地增加;而且高GO用量条件下所制备的复合材料的吸附速率更快;随着pH值在2-11范围内增加,复合材料的饱和吸附量先增大后降低,pH值为7时达到最大值.对于GO和Fe_3O_4质量比为0.8的条件下所制备的Fe_3O_4@C/GO复合材料,当罗丹明B初始浓度为1000mg/L,其饱和吸附量可达到303.4mg/g.