選择控制合成的单分散纳米Fe3O4C核-壳结构微球,链条和高性能锂离子电池负极材料环.docVIP

选择控制合成的单分散纳米Fe3O4@C核-壳结构微球，链条和高性能锂离子电池负极材料 摘要：一种方法被报道为首次在选定的控制，大规模合成的单分散纳米Fe3O4 @C核-壳球体，链和环的可调磁特性基于结构进化偏心Fe2O3的聚（丙烯酸）核心和NDASH的纳米颗粒。在Fe3O4 @ C作为锂离子电池负极材料的核-壳球，链条，环进行了研究。此外，可能形成的Fe3O4 @ C芯-壳链和环的机制也已经提出。 关键词：核-壳结构，电化学，磁特性，纳米颗粒，纳米结构 引言 　　控制合成和纳米颗粒的组合已经产生了可观的同时在基础研究和作为一种制备分子筛材料（NPs）的实际应用。运用纳米颗粒的组合，以分子筛纳米结构集合的物理性质可以进行发电。对于一维的（1D）纳米组合体有很大的兴趣，是因为它们在电学、催化特性、光学、磁学和作为传感器上的应用这些方面上上有新奇的特性。特别的，在环的合成上有很多的关注，因为它们独一无二的复杂的形成机制和性能，除此之外，还有特别的应用领域。不过，这种自组环存在稳定性差的性质，例如，一个微弱的非共价作用的结果，这能导致限制了它们的更宽广的运用。此外，选择的控制来制备单分散微球，1D链和环依然是一个挑战。 　　近几年，Fe3O4作为潜在的锂离子电池的正极材料具有很大理论输送能力（900~1000 mA h g-1），低成本，良好的稳定性，环境无害化学物的特点，已经被广泛地进行了研究。特别的，碳覆盖的Fe3O4 的分子筛材料（Fe3O4 @C NPs）与单纯的Fe3O4 NPs进行比较，其呈现出了改进了的循环性能和更高效率。近来，Fe3O4 @C NPs纳米棒和纳米锭以葡萄糖作为碳源来进行研究。然而，获得的Fe3O4 @C纳米薄膜材料显示出了明显的聚集体，而且他们的尺寸是不一致的。此外，到目前为止已经没有一般方法来选择控制制备单分散Fe3O4 @C微核球，链和磁通闭合环的报道。此外，Fe3O4 @C 微核链和环过去没有被作为锂离子电池的阳极材料进行探索过。 于此，我们发表了一种拥有以离心Fe2O3@丙烯酸(PAA) 微核NPs为基础的可调磁性特性，来制备选择可控单分散Fe3O4 @C 微核球、链和环的方法。制备和形成过程是依靠反应温度和时间的。此外，Fe3O4 @C 微核球、链和环在电化学储锂的表现是有过研究的。 　　设计原理图1说明了选择可控的单分散Fe3O4 @C 微核球、链和环的形成。Fe3O4 NPs因高温水解反应合成出。随后，Fe3O4 NPs的外表面被覆盖上一层采用石油气-2-ol/H2O的PAA，来形成离心的Fe3O4 @C 微核NPs。然后单分散Fe3O4 @C 微核球、1D链和环以一种可控的以结构演变形成离心的Fe3O4 @PAA微核NPs作为初始原料的方法来制备，分别以3 h的400 ℃，5 h 600 ℃和7 h的600 ℃的进行热处理，其气氛为氩保护气氛。 　　 图1的A和B分别显示了以TEM和SEM为代表Fe2O3NPs合成球体，在统一约135 nm和没有聚集状态下的影像。动态光散射仪（DLS）的测量结果也证实了NPs在以平均流动规格距离为142 nm（图S1A中的提供的信息）的水中是高分散，这与对TEM的分析结果进行研究，其结果是相一致的（显示在图1A的提供信息）。图1C显示了一个离心的Fe2O3@PAA微核NPs的TEM影像。其中值得注意的是产物数量是很大的，而且每个颗粒被一个离心的PAA单元包裹着。我们认为这种离心结构的形成是由于Fe2O3核和PAA单元之间的界面能量最小化所引起的。所制备的离心Fe2O3@PAA微核NPs很高分散在由于因静电排斥，而使羧基稳定NPs的溶液中。此外，没有产物能在几天内从底部找到。图1D a和b分别显示了纯净的Fe2O3和离心Fe2O3@PAA微核NPs的XRD样品图像，其中所有两者相似的峰很好地与 a-Fe2O3 相一致（(JCPDS no.33-0664，a=b=5.038，c= 13.772 A）。因此Fe2O3的结构在室温下，在被覆盖了PAA后，依旧保持不变。 离心Fe2O3@PAA微核NPs在氩气氛中以400 ℃进行3 h的热处理来是PAA外层碳化。中间的Fe2O3 NPs在煅烧过程中，用形成的外碳层进行反应降为Fe3O4。图2A和B分别显示了单分散Fe3O4 @C 微核NPs的TEM和SEM图像。所合成的Fe3O4 @C 微核NPs拥有相对狭窄的分布距离，统一的形状，和一个平均大约为153 nm的直径（显示在图S1A的提供信息）。高倍放大的TEM图像（图2A中显示的）显示了碳原子是均匀的而且是以大约9 nm的厚度连续排列的。DLS对Fe3O4 @C微核球的测量证实了其稳定的存在和单分散NPs有一个平均的流动动力学直径为159.9