铁氧体微纳米材料的控制合成 催化性能与热动力学研究-study on catalytic performance and thermal kinetics of controlled synthesis of ferrite micro-nano materials.docx

论文审阅认定书 研究生 李艳芬 在规定的学习年限内，按照研究生培养方案的 要求，完成了研究生课程的学习，成绩合格；在我的指导下完成本学 位论文,经审阅，论文中的观点、数据、表述和结构为我所认同，论 文撰写格式符合学校的相关规定，同意将本论文作为学位申请论文送 专家评审。 导师签字： 年 月 日 致谢 本论文是在导师蒋荣立教授的悉心指导下完成的。蒋荣立教授严谨的治学态 度，渊博的学识，敏锐的洞察力，开阔的思维方式，工作中勇于创新、孜孜以求 的进取精神，生活中和蔼可亲、宽以待人的长者风范，都将是我一生要学习的榜 样。值此论文完成之际，对尊师在学业上的谆谆教诲、科学研究中的悉心指导及 工作生活中的帮助，致以最崇高的敬意和衷心的感谢! 感谢中国矿业大学分析测试中心的老师在样品结构分析给予的帮助；感谢中 国矿业大学化工学院高庆宇教授为本论文的光催化性能测试提供的便利及胡影 博士给予的帮助；感谢广西民族大学化学化工学院的黄在银教授为本论文的光催 化量热研究提供的科研平台及李星星师弟给予的帮助；感谢南京大学化学化工学 院范高超博士在论文书写中给予的指导及提出的宝贵建议。 感谢我的好友吕慧同学在学习和生活中给予的鼓励、关心和帮助。谢谢她陪 伴我顺利地度过了三年博士研究生生涯，愿我们的友谊长存。 感谢本课题组的师弟、师妹们以及同年级的其他同学在各方面给予的帮助， 十分怀念和大家一起度过的美好时光，谢谢你们！ 最后，我要特别感谢我的父母三十几年来对我的养育之恩及在生活和精神上 给予的大力支持；还要特别感谢我的丈夫张江伟先生在我读博期间对我的理解、 关心、支持和鼓励，你们无私的奉献和伟大的爱永远是我不断前进的动力。 谨以此文献给每一位关心和帮助过我的朋友！ 李艳芬 二〇一四年四月 I I 摘 要 尖晶石型铁氧体纳米材料以其优异的电、磁性能和巨大的应用潜力而备受重 视。由于粒径大小、颗粒形貌、化学组成等因素对铁氧体的物化性质和应用有重 要影响，因此对铁氧体纳米材料的粒径、形貌和化学组成进行调控合成，并深入 研究其微观结构与性能之间的关联，具有重要的理论和实践意义。本文利用液相 法，主要研究了四氧化三铁和四氧化三铁/氧化锌复合材料的几种典型形貌结构 的微/纳米材料的调控合成。同时，研究了它们的粒径、形貌等对磁性能和光催 化性能的影响。通过微量热技术对原位光催化的热动力学进行了分析。 本文首先发展了一条新的合成 Fe3O4 纳米晶的微乳液辅助溶剂热方法。利用 该合成技术，一步成功地制备出了各种形貌结构的尖晶石型 Fe3O4 纳米晶，并重 点对草状、花瓣状、片组花状和纺锤状 Fe3O4 纳米晶的形貌结构进行了表征与分 析。通过调节实验条件，探索了 Fe3O4 纳米晶的形成机制。考察了 Fe3O4 纳米晶 的微观形貌及粒径对磁性能和光催化性能的影响。 建立了一种简单而又环保的制备 Fe3O4/ZnO 微/纳米复合材料的新方法。以 FeCl3 为铁源，乙二醇为溶剂和还原剂，[Zn(OH)4]2-水溶液为锌源和碱，一步成 功地合成了纺锤状和多孔正六边形饼状的 Fe3O4/ZnO 微/纳米复合结构。通过改 变反应参数，实现了对单分散 Fe3O4/ZnO 复合材料的粒径和形貌的调控。同时， 对所得 Fe3O4/ZnO 复合材料的光催化性能进行了研究。结果表明，其光催化活性 较高，能快速彻底地降解亚甲基蓝溶液，且光催化性能具有形貌效应和尺寸效应， 晶体中的缺陷越多、粒径越小光催化性能就越好。 首次利用自主设计的光化学反应-原位微量热系统对亚甲基蓝的催化降解过 程进行了原位热动力学分析。通过实时在线监测光催化反应，获取了催化过程中 的原位特征热谱曲线和原位热动力学信息，结合紫外-可见光谱获得的动力学信 息，对催化降解机理进行了深入探讨。 该论文有图 60 幅，表 10 个，参考文献 286 篇。 关键词：尖晶石型铁氧体；微/纳米材料；液相法；性能；原位热动力学；光降 解机理 II II Abstract Ferrite nanomaterials with spinel structure have attracted much interest owing to its excellent electric, magnetic properties and their promising technological applications. As we all know, the intrinsic properties and applications of the ferrite nanomaterials are mainly determined by its sizes, morphologies and chemical compositions. T