Fe_(3)O_(4)/CNTs@C_(f)复合材料的制备及其吸波性能的研究

为了改善传统碳材料的吸波性能,获得具有多元吸波机理的吸波材料,本文通过化学气相沉积法在碳纤维表面原位生长碳纳米管,后采用溶剂热反应在CNTs@C_(f)上生成Fe_(3)O_(4)纳米颗粒,制备出了Fe_(3)O_(4)/CNTs@C_(f)复合材料,并对其吸波性能进行研究,分析了复合材料的合成机理和吸波机理。其反射损耗在C波段可达-43.02 dB,随着Fe_(3)O_(4)纳米颗粒含量的进一步增加,其吸波性能下降。

α-Fe_(2)O_(3)/g-C_(3)N_(4)复合物的合成及光催化还原Cr(Ⅵ)的实验设计

为解决赤铁矿(α-Fe_(2)O_(3))和石墨相氮化碳(g-C_(3)N_(4))光催化活性低的问题,设计了一种采用液固混合-焙烧制取α-Fe_(2)O_(3)/g-C_(3)N_(4)复合光催化剂的方法。通过在可见光照射下光催化还原Cr(Ⅵ)实验研究合成的α-Fe_(2)O_(3)/g-C_(3)N_(4)复合物的光催化性能,并通过光电化学性能测试及能带结构分析探究其光催化活性增大的原因。结果表明:所合成的α-Fe_(2)O_(3)/g-C_(3)N_(4)复合物具有显著优于α-Fe_(2)O_(3)和g-C_(3)N_(4)的光催化活性,其光催化还原Cr(Ⅵ)的反应速率常数(k)为0.026 min^(-1),分别是g-C_(3)N_(4)(k=0.004 min^(-1))的6.5倍和α-Fe_(2)O_(3)(k=0.003 min^(-1))的8.7倍;α-Fe_(2)O_(3)/g-C_(3)N_(4)复合物为Ⅰ型异质结,能有效提高光生空穴与电子的分离及转移效率,是导致其光催化活性升高的原因。所设计的合成方法简单易行、成本低且合成的α-Fe_(2)O_(3)/g-C_(3)N_(4)复合物光催化还原Cr(Ⅵ)性能好,为Cr(Ⅵ)废水处理开发了一种有应用潜力的可见光催化剂。

CF/Fe_(3)O_(4)增强环氧树脂吸波复合材料的性能研究

为了弥补吸波复合材料在应用上的局限性,采用原位还原法制备负载Fe_(3)O_(4)颗粒的碳纤维(CF/Fe_(3)O_(4)),通过浇铸成型将CF/Fe_(3)O_(4)复合纤维与环氧树脂进行复合,制备了CF/Fe_(3)O_(4)增强环氧树脂吸波复合材料。研究了CF/Fe_(3)O_(4)复合纤维长度、添加量、复合材料厚度对复合材料吸波性能和弯曲强度的影响。研究发现:当CF/Fe_(3)O_(4)复合纤维长度为4 mm、添加量为0.8%、复合材料厚度为4.5 mm时,CF/Fe_(3)O_(4)增强环氧树脂吸波复合材料的吸波效果最优,最大反射损耗在18 GHz处达-16.8 dB,有效带宽为3.8 GHz,较同制备工艺条件下的CF增强环氧树脂复合材料的反射损耗(-4.75 dB)提升了253.7%。

Fe_(3)O_(4)-MWCNTs杂化纳米纸对纤维增强复合材料吸波性能的影响

本工作采用原位合成法及真空抽滤法制备了四氧化三铁-多壁碳纳米管(Fe_(3)O_(4)-MWCNTs)杂化纳米粒子及杂化纳米纸,并将这类杂化纳米纸铺贴于玻璃纤维/环氧树脂(GF/EP)基板上制备了吸波复合材料,此类吸波材料极大地改善了吸波涂层在应用中用量受限、成型工艺差、吸波性能难以调控的问题。研究结果表明:在Fe_(3)O_(4)含量为30%(质量分数,下同)时,Fe_(3)O_(4)/MWCNTs杂化纳米粒子及其纳米纸吸波性能最佳,杂化纳米粒子的反射损耗RL<-10 dB的频宽为2.88 GHz,最小RL在14.7 GHz处可达-26.36 dB;杂化纳米纸的RL<-10 dB的频宽为6.0 GHz,最小RL在16.3 GHz处可达-26.4 GHz。吸波复合材料经EP表面处理后的吸波性能得到提高,最小RL在14.2 GHz处达到-25.6 dB;多层铺贴杂化纳米纸增加了吸波层厚度,提高了吸波复合材料的吸波性能,当铺贴两层纳米纸时材料的吸波性能最佳,RL<-6 dB的频宽为4.5 GHz,最小RL在12.4 GHz处可达-31.2 dB。

Fe_(3)O_(4)/腐殖酸铵基炭复合材料的制备及其电化学性能

制备Fe_(3)O_(4)/炭复合材料,既可以有效解决Fe_(3)O_(4)颗粒团聚和导电性差的问题,又能充分利用Fe_(3)O_(4)的高容量,从而提供优异的电化学性能。以煤系腐殖酸铵和氯化铁为原料,采用水热-炭化工艺制备Fe_(3)O_(4)/腐殖酸铵基炭复合材料(Fe_(3)O_(4)/SHAC-X),借助扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、低温氮吸附和X射线光电子能谱(XPS)等分析手段,对样品的微观形貌、孔结构以及表面化学组成进行表征,并利用恒流充放电、循环伏安、交流阻抗等电化学测试技术评价其作为超级电容器电极材料的电化学性能。结果表明:Fe_(3)O_(4)/SHAC-X的孔隙结构以中孔为主,随着FeCl_(3)·6H_(2)O用量的增加,所制样品的中孔孔容和平均孔径逐渐增加。Fe_(3)O_(4)颗粒的负载量和分布特性与FeCl_(3)·6H_(2)O用量紧密相关,Fe_(3)O_(4)/SHAC-3的Fe含量最高,Fe_(3)O_(4)颗粒分散性较好、颗粒尺寸均一;相应电极材料在3 mol/L KOH电解液中存在明显的赝电容效应,且电化学阻抗较小,成型密度较高(1.48 g/cm^(3)),在42.5 mA/g电流密度下的体积比电容高达253 F/cm^(3)。Fe_(3)O_(4)/SHAC-2具有良好的倍率性能,当电流密度从42.5 mA/g增加到4250 mA/g时,其电容保持率高达73.1%;循环稳定性较好,在2125 mA/g的电流密度下经过10000次恒流充放电之后,其电容保持率为88.3%。研究有利于推动煤系腐殖酸的洁净高效利用,并对Fe_(3)O_(4)/炭复合材料的研究应用具有借鉴意义。

Fe_(3)O_(4)/炭黑复合材料的制备及其电化学性能

Fe_(3)O_(4)/炭黑复合锂离子电池负极材料既可以保持铁氧化物的高容量,又可以抑制Fe_(3)O_(4)的体积膨胀,具有稳定的循环性能和较高的比容量。将六水三氯化铁溶于去离子水,加入炭黑超声振荡,旋转蒸发、干燥、研磨,经过碳热还原制备了Fe_(3)O_(4)/炭黑复合材料。通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、拉曼光谱(Raman)、热重、循环伏安、充放电循环、倍率性能测试,对样品的结构、微观形貌、组成、电化学性能进行表征。实验结果表明,制备的Fe_(3)O_(4)/炭黑复合材料具有优异的循环稳定性和倍率性能,当质量比CB(炭黑)∶FeCl_(3)·6H_(2)O=1∶3时,制备的复合材料在电流密度为0.1 A/g下,经过100圈循环后仍然具有404.1 mAh/g的可逆容量。

超临界CO_(2)流体辅助合成Si-Fe-Fe_(3)O_(4)-C复合材料及储锂性能

硅碳负极是未来锂离子电池材料发展的重点方向之一,本文针对传统球磨法制备硅碳负极复合不均匀、界面融合差等问题,提出了一种超临界二氧化碳(scCO_(2))流体介质球磨合成Si-Fe-Fe_(3)O_(4)-C复合材料的新方法。研究发现,纳米硅和中间相碳微球(MCMB)在scCO_(2)介质球磨混合过程中,CO_(2)和Fe反应先得到均匀分散的Si-FeCO_(3)-C前驱体,然后FeCO_(3)原位高温固相分解得到Si-Fe-Fe_(3)O_(4)-C复合材料。同时,在scCO_(2)流体渗透下,MCMB剥离成石墨片,并与纳米硅和Fe-Fe_(3)O_(4)实现较好的界面融合,Fe-Fe_(3)O_(4)的引入显著提升了硅碳负极的储锂容量、循环稳定性和倍率性能,Si-Fe-Fe_(3)O_(4)-C复合材料在0.2 A·g^(-1)下100次循环后可逆容量保持在1065 mA·h·g^(-1)。本方法利用超临界流体渗透性好、扩散能力强等特点,合成工艺简便,容易工业化实施,具有商业化开发潜力。

纳米四氧化三铁碳片对亚甲基蓝废水的催化脱色

碳材料上掺杂纳米Fe_(3)O_(4)颗粒所形成的复合材料可发挥各自优点,进而拓宽其在印染废水处理中的应用。以葡萄糖和氯化铁为原料,通过共沉淀后碳化煅烧,成功制备了纳米四氧化三铁碳片(Fe_(3)O_(4)@GC),利用XRD、TEM、BET和磁滞回线对Fe_(3)O_(4)@GC碳片进行了形貌表征,并将其用于亚甲基蓝(MB)废水的催化脱色处理。结果表明,Fe_(3)O_(4)@GC碳片上的Fe_(3)O_(4)结晶性较好,颗粒呈球形且分散均匀,其平均粒径为22 nm。Fe_(3)O_(4)@GC碳片能够活化H_(2)O_(2)产生氢氧自由基(HO·)并高效氧化降解MB。在pH为2~3,材料投加量为1.0 g/L,H_(2)O_(2)用量为9 mmol/L的条件下,60min内Fe_(3)O_(4)@GC碳片能将浓度为20 mg/L的MB完全脱色去除,且去除反应符合准二级动力学方程(R~2=0.9991)。Fe_(3)O_(4)@GC碳片具有较强的顺磁性,可以从废水中快速磁分离回收,循环使用6次后,MB的脱色率仍然能达到95.6%。自由基猝灭试验证明,MB的脱色去除中Fe_(3)O_(4)@GC碳片诱导的HO·氧化降解起到主导作用,碳材料的表面吸附也起了一定的协同作用。该方法为MB废水高效快速脱色去除提供了实践参考。