● 摘要
本文以尿素为沉淀剂采用均匀共沉淀法制备BaTiO3/MFe2O4核/壳结构多铁性粒子,探索了金属离子配比、氧化形式、尿素分解方式等对所制备核/壳结构粒子形貌、结构、成分以及性能等的影响规律及机制。研究了采用尿素加热水解均匀共沉淀的方法制备BaTiO3/Nix Zn1-xFe2O4核/壳粒子,在无需后续热处理的情况下,成功获得了纯铁氧体相完整包覆、磁性能可通过镍锌含量调控的BaTiO3/NixZn1-xFe2O4核/壳结构粒子。共沉淀过程中加入NiCl2·6H2O、ZnCl2 物质的量之比为7:3 时制得的BaTiO3/NixZn1-xFe2O4核/壳粒子的饱和磁化强度和矫顽力最大,分别为26.999emu/g、11.339Oe。研究了不同金属离子配比、不同氧化形式和氧气通入速率对尿素加热水解制备BaTiO3/MFe2O4核/壳结构粒子的影响规律,阐明了溶液中铁氧体壳层的包覆及转变条件。(1)添加不同金属离子比例的情况下均能制备出核/壳结构粒子,随着R(R=M(Fe2+):M(Co2+))从1.5增加到4, BaTiO3/CoxFe3-xO4核/壳结构粒子的矫顽力与饱和磁化强度增加。(2)随着溶液中氧气通入速率(氧气浓度)升高,铁氧体的形成呈现抛物线形式变化,存在铁氧体形成最佳氧气浓度。(3)尿素加热水解制备BaTiO3/MFe2O4核/壳结构粒子的过程分为两个阶段:第一阶段,Fe2+与Co2+在氮气气氛中在BaTiO3表面发生共沉淀反应,形成Fe(OH)2和 Co(OH)2;第二阶段,前一阶段Fe(OH)2产物经过氧化和脱水形成铁氧体前驱物,沉淀产物在溶液中经过如脱水,脱羟基,拓扑转变生成CoxFe3-xO4包覆层。探索了尿酶催化尿素水解制备BaTiO3/MFe2O4核/壳结构粒子的制备条件,获得了共沉淀溶液条件对脲酶催化活性以及制备产物的影响规律及机制。脲酶催化活性受溶液酸碱度的影响较大,过酸或过碱都会影响其催化活性;重金属离子(如 Fe2+离子和Co2+离子)和BaTiO3粒子对尿酶的活性影响不大;温度对尿酶的活性具有极大的影响,25℃时,尿酶的催化活性最大。采用尿酶催化尿素水解制备得到的产物除了BaTiO3以外,其绝大部分为可能为片层状FeOOH,在经过800℃焙烧热处理后,FeOOH转化为Fe2O3。由于尿酶催化尿素水解制备方法中pH的上升阶段从中性开始,导致无法控制溶液过饱和度从非均匀形核开始变化,形成很多独立相壳层材料。
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