碳_四氧化三铁纳米复合材料合成研究

碳/四氧化三铁纳米复合材料合成研究

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马传国,逯　伟,郑海军,王亚珍,罗　炎

(桂林电子科技大学信息材料科学与工程系,广西桂林541004)

摘　要: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(A C /F e 3O 4)粒子和碳纳米管/四氧化三铁(C N T s /F e 3O 4)粒子两种复合材料,利用扫描电子显微镜(S E M)、X 射线衍射分析(X R D )以及热重分析(T G A )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40～100n m ;C N T s /F e 3O 4中的四氧化三铁粒子粒径较A C /F e 3O 4中的更小;经过超声波作用后C N T s /F e 3O 4的稳定性较好,而A C /F e 3O 4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。

关键词:碳纳米管;活性炭;四氧化三铁;纳米复合材料

中图分类号:T Q 138.11 文献标识码:A 文章编号:1006-4990(2009)04-0024-04

S t u d y o n p r e p a r a t i o n o f n a n o -s i z e dc a r b o n /f e r r o f e r r i c o x i d e c o m p o s i t e m a t e r i a l

M a C h u a n g u o ,L u W e i ,Z h e n g H a i j u n ,W a n g Y a z h e n ,L u o Y a n

(D e p a r t m e n t o f I n f o r m a t i o n a l M a t e r i a l S c i e n c e a n dE n g i n e e r i n g ,G u i l i nU n i v e r s i t y o f E l e c t r o n i c T e c h n o l o g y ,G u i l i n 541004,C h i n a ) A b s t r a c t :T w o k i n d s o f f e r r o f e r r i co x i d e (F e 3O 4)n a n o c o m p o s i t e s n a m e l yt h e a c t i v ec a r b o n /f e r r o f e r r i co x i d e(A C /F e 3O 4)a n d c a r b o n n a n o t u b e s /f e r r o f e r r i c o x i d e (C N T s /F e 3O 4)w

e r e p r e p a r e d b y h o m o g e n o u s p r e c i p i t a t i o nm e t h o di n o r d e r t o i m p r o v e c a t a l y t i ca c t i v i t ya n ds t a b i l i t y o

f F e 3O 4n

a n o -p a r t i c l e s .C o m p o s i t e p a r t i c l e s w e r ec h a r a c t e r i z e d

b yt h em e a n s o f s

c a n n i n g e l e c t r o n i c m i c r o s c o p e (S E M ),X-r a y

d i f f r a c t i o n(X R D ),a n dt h

e r m o g r a v i m e t i c a n a l y s i s (T G A )a n d t h e i r e l e c -t r o c h e m i c a l p r o p e r t i e s w e r e i n v e s t i g a t e d .R e s u l t s s h o w e d t h a t t h e o b t a i n e d F e 3O 4p a r t i c l e s h a d h i g h p u r i t y a n d w e r e w e l l d i s -t r i b u t e di nt h e p a r t i c l e s i z e r a n g e o

f 40～100n m .A f t e r u l t r a s o n i ct r e a t m e n t ,C N T s /F e 3O 4c o m p o s i t ew a s m o r e s t a b l e t h a n A C /F e 3O 4c o m p o s i t e .F e 3O 4p a r t i c l e s i nC N T s /F e 3O 4c o m p o s i t e w e r e s m a l l e r t h a nt h a t i nA C /F e 3O 4c o m p o s i t e .B o t hc o m -p o s i t e s h a di m p r o v e d d i s c h a r

g e c a p a c i t y a n ds t a b i l i t y o f L a M g N i 4a

l l o y . K e yw o r d s :c a r b o nn a n o t u b e s ;a c t i v e c a r b o n ;f e r r o f e r r i c o x i d e ;n a n o -c o m p o s i t e m a t e r i a l

纳米四氧化三铁具有优异的磁性,在磁记录、传感器、吸波、靶向定位、催化剂、电化学等许多领域都有潜在的广泛应用[1]

。在实际中,把纳米材料应用

到靶向定位、催化剂、电化学这些领域时,通常都需要将这些纳米材料负载在特定的载体材料上,如二氧化硅、硅藻土、氧化铝、活性炭(A C )、碳纳米管(C N T s )等载体,其目的是提高纳米材料的活性、效率以及稳定性等。A C 和C N T s 都具有较大的比表面积,是人们常选择的载体对象,尤其是后者。C N T s 是具有特殊电、磁、光性能的最具代表性的纳米材料,具有特殊的管状结构,比表面积更大。近几年,将C N T s 与其他纳米粒子复合制备新型功能性复合材料的研究一直是C N T s 研究领域的一个热点

且受到越来越多的关注

[2-6]

。目前,对于纳米四氧

化三铁粒子的制备与应用已有较多研究[7-13]

,但对

制备负载型的纳米四氧化三铁材料的相关研究却很

少[3]。纳米四氧化三铁的制备方法[1,14]主要有沉淀法、微乳液法、水热法及高温热分解法等,其中沉淀法主要包括共沉淀法、氧化沉淀法、还原沉淀法

等。另外,T h a p a D e e p a 等[7]

提出一种新的沉淀方法,即在80～90℃下,先将F e C l 2·4H 2O 和N H 4O H 充分反应,得到前驱体沉淀,将沉淀在室温下空气中放置一段时间,即可得到F e 3O 4。这种方法工艺简单,得到的粒子粒径较小、均匀,但由于制备前驱体的方法为直接沉淀法,使其最后得到的F e 3O 4中含有少量的F e 2O 3杂质。

为克服这一缺点,笔者探索＊基金项目:广西科学基金项目(桂科青0728088);广西区教育厅科技项目(Z T 6300)。

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无机盐工业I N O R G A N I CC H E M I C A L S I N D U S T R Y

第41卷第4期

2009年4月