【摘要】：鐵氧化物粉體廉價易得、環(huán)境友好,在顏料、磁記錄材料、催化劑、生物醫(yī)學等諸多領域有著廣闊的應用。本論文主要研究鐵氧化物粉體的合成,以及所合成的粉體在鋰離子電池和核磁共振成像兩個方面的應用性能。在鋰離子電池中作為電極材料應用時,控制氧化鐵的微觀形貌與結構是優(yōu)化其電化學性能的有效途徑。本論文通過溶劑熱法、溶膠凝膠法分別制備了不同晶相組成和形貌結構的鐵氧化物粉體,并采用X射線衍射分析(XRD)、掃描電子顯微鏡(SEM)對產物進行表征,探究了不同的制備方法及工藝條件對鐵氧化物粉體的形貌和結構的影響,進一步組裝電池后通過藍電(LAND)電池測試系統(tǒng),對所合成鐵氧化物粉體的電化學性能進行研究。主要研究工作如下:(1)采用溶劑熱方法合成了純相的Fe_3O_4材料,探究了反應溫度和反應時間對Fe_3O_4納米顆粒形貌結構和尺寸的影響,并對其晶體結構和電化學性能進行了測試分析,結果顯示:反應溫度200°C,保溫時間10h條件下溶劑熱法合成的Fe_3O_4材料是純相,樣品是由Fe_3O_4納米顆粒緊密堆積的微球。Fe_3O_4微球直徑在300~600nm,形狀大小均一并且沒有顯著團聚現象。該材料作為負極首次放電比容量為1172.6mAh/g,循環(huán)30次后,放電比容量保持在372.3mAh/g。(2)采用溶膠凝膠法和常壓干燥工藝,并通過焙燒制備出α-Fe_2O_3負極材料。探究了制備工藝對α-Fe_2O_3納米顆粒形貌結構和尺寸的影響,研究了不同焙燒溫度和保溫時間條件下α-Fe_2O_3負極材料的性能變化規(guī)律。結果顯示:前驅體焙燒溫度優(yōu)選600°C,保溫時間優(yōu)選3h,最終產物α-Fe_2O_3納米顆粒分散較好。所合成的α-Fe_2O_3作為負極材料首次放電比容量為1148mAh/g,經過30次充放電循環(huán)后,放電比容量維持在473mAh/g。(3)采用機械混合法將α-Fe_2O_3/Fe_3O_4共混作為負極材料,探究了不同配比下α-Fe_2O_3/Fe_3O_4材料的電化學性能,得到如下結果:α-Fe_2O_3/Fe_3O_4(1:9)首次放電比容量和充電比容量分別為1128.8mAh/g和800.1mAh/g,庫倫效率為70.9%。電流密度為50mA/g時,α-Fe_2O_3/Fe_3O_4(1:9)首次容量衰減后,比容量維持在849.3mAh/g左右。在電流密度為100mA/g時,其可逆容量維持在664.5mAh/g左右,隨著電流密度的增大,比容量出現下降,但是循環(huán)穩(wěn)定性較好。在核磁共振成像領域應用方面,作為一種新型磁共振造影劑,超順磁性氧化鐵造影劑的靈敏度仍顯不足,細胞示蹤往往需要高濃度納米粒子完成標記,這會造成一定的細胞毒性,如能將單一的氧化鐵納米顆粒構建成致密的團簇結構,不但能夠維持原有超順磁特性,并且其成像性能也能夠大大提高。因此,本論文采用L-抗壞血酸棕櫚酸酯來包裹超順磁性氧化鐵納米粒子,通過親疏水自組裝作用實現團簇結構的制備。通過調節(jié)Vc與SPIO質量比例(2:1和5:1)構建了不同的納米Vc-SPIO探針,并完成磁共振成像檢測,進一步培養(yǎng)RAW264.7巨噬細胞并應用Vc-SPIO納米探針(鐵濃度0~25ug/ml)完成細胞標記,進行了細胞毒性CCK-8檢測研究。結果表明當Vc:SPIO為2:1時,在實驗的鐵濃度范圍內,細胞依然保持正�；钚�;當Vc:SPIO為5:1時,隨著鐵濃度的增大細胞活性降低,當鐵濃度大于15ug/ml時有一定的細胞毒性。Vc-SPIO在低于15ug/ml濃度時對RAW264.7的生物活性沒有明顯影響,可以實現RAW264.7細胞標記,為下一步動物實驗奠定基礎。
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圖 1.2 Fe3O4空心球的生長過程示意圖(Wang 等，2013) Schematic illustration of the formation process of the hollow Fe3O4mic熱法是將水熱法中的反應介質變?yōu)橛袡C溶劑或者非水溶劑。溶表面羥基較少，比水熱法制備的材料分散性要好。制備納聚很重要，因此溶劑熱法也得到更多關注。Xiong 等(201、醋酸鈉及聚乙烯吡咯烷酮為前驅體，制備了自組裝的空方法，Zhu 等(2014)得到了多孔橄欖狀 Fe3O4/C 復合材料。凝膠法類經溶液、溶膠、凝膠最終固化等步驟得到前驅體，熱處法即為溶膠凝膠法(sol-gel )。這種方法在鐵氧化物的制備法制備的粉體化學均勻性好、純度高、粒徑小且分布均勻骨架焙燒后能夠提供大量的孔道，對于鋰離子電池電解液

板法法是用特定結構的預制模板引導納米材料的生長，使產物形成這種法。碳納米管導電性好，，結構穩(wěn)定，鐵氧化物填充到碳納米管中能鐵氧化物的利用率和電化學性能。Yan 等(2013)以多壁碳納米管及體，將二茂鐵中析出的鐵高溫條件下填入碳納米管中，然后用 C有較好循環(huán)性能的嵌入式 Fe2O3/MWCNTs 復合材料。圖 1.3 為其制鋰示意圖。Lei 等(2014)在羥基氧化鐵表面包覆 SiO2模板后，再將在 SiO2表面，經過高溫焙燒，SiO2模板被除去進而形成中空的 Fe。體系的循環(huán)穩(wěn)定性也因充放電時體積變化減小而增強。
【學位授予單位】：成都理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TB383.3;R310

【參考文獻】

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1 謝清水;麻亞挺;林亮;彭棟梁;;夾心結構ZnO-NiO-ZnCo_2O_4混合微米球鋰的存儲性能[J];廈門大學學報(自然科學版);2015年05期

2 楊娟;賴延清;李R

本文編號：2603772