Nd或Dy掺杂Fe3C磁性材料的研究与应用
碳化铁具有高的饱和磁化强度，良好的机械性能，高的化学稳定性，耐腐蚀性和优异的生物相容性，因此其在磁性领域、催化领域和生物医学方面都具有优异的表现，近些年来引起了研究人员的广泛关注。我们利用溶胶-凝胶法制备了Fe3C磁性材料及稀土Nd或Dy掺杂的Fe3C材料，研究了其合成条件、结构性能及磁性性质；制备和研究了具有交换耦合作用的Fe3C/CoFe2O4纳米磁体；合成和研究了形貌为立方体状的Fe5C2磁性材料；并且探索了这些材料的应用。论文的具体内容如下： 1.利用基于三聚氰胺的溶胶-凝胶法制备了前驱体，前驱体通过在惰性气氛下焙烧合成了Fe3C与碳纳米管（CNTs）的复合磁性材料。首先，通过调整焙烧温度确定了材料的合成条件；其次，利用透射电镜表征了材料的形貌；最后利用振动样品磁强计测试了样品的磁性性质。结果表明，所制备的Fe3C纳米粒子被封装在碳纳米管中，且Fe3C纳米粒子外有一层碳壳。合成的Fe3C/CNTs复合磁性材料呈现出软磁性质，且随着合成温度的升高，产物的饱和磁化强度呈现规律性的变化。 2.通过溶胶-凝胶法合成了两种稀土金属元素Nd及Dy掺杂的Fe3C磁性材料。通过改变稀土离子的掺杂浓度，探究了这两种稀土金属元素对Fe3C的结构，形貌及磁性性质的影响。结果表明，Nd及Dy的掺入对Fe3C的晶体结构影响不大，但是Dy元素的掺入对材料的形貌产生了影响。另外，对于磁性来说，Nd的掺杂使材料的饱和磁化强度减小，而Dy的掺杂使材料的饱和磁化强度增加。 3.通过简单的两步法制备了具有交换耦合作用的Fe3C/CoFe2O4纳米复合材料。这种两步法包括乙二胺碳化Fe3O4制备Fe3C纳米粒子和共沉淀法制备Fe3C/CoFe2O4纳米复合材料。通过X射线粉末衍射仪和透射电镜研究了纳米复合材料的结构和形貌，同时也研究了复合材料的磁性性质。结果表明，CoFe2O4紧紧包裹在Fe3C纳米粒子表面。磁性测试数据显示，制备的纳米复合材料具有交换耦合作用；当CoFe2O4含量为1mmol时，Fe3C/CoFe2O4纳米复合材料的交换耦合作用达到了最大。 4.采用乙二胺碳化法制备了立方体状的碳化铁材料，并对其结构，形貌和磁性性质进行了研究。通过改变焙烧温度可以得到Fe5C2和Fe3C。所制备的材料都具有规则的立方体形貌并且被薄的碳壳保护。磁性的测试结果表明，所制备的Fe5C2和Fe3C材料均表现出良好的软磁性质，都拥有较高的饱和磁化强度值。 5.最后进行了电催化性能应用的探索，测试了立方体状碳化铁材料的电解水产氢的性能及稳定性。结果显示，合成的Fe5C2-Fe3C@NC催化剂显示出了有效的HER催化活性。不仅如此，Fe5C2-Fe3C@NC催化剂也呈现出良好的循环稳定性和较低的Tafel斜率。这项工作提供了开发高效的贵金属催化剂替代品的新思路。
碳化铁;溶胶-凝胶法;钕掺杂;镝掺杂;磁性性质
吉林大学
博士
物理化学
杨桦
2020
中文
TM271;TM205.1
2020-09-27（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）