非水介質中電解氧化法合成制備納米Fe-,2-O-,3-的研究.pdf

1、納米氧化鐵作為一種功能材料，有著許多優(yōu)異的性能和廣泛的應用。隨著對納米氧化鐵研究的不斷發(fā)展和深入，各種新的制各方法不斷涌現。以電化學法合成納米金屬氧化物粒子，是一種的新穎制備方法。本文采用金屬鐵片為“犧牲陽極”，不銹鋼片為陰極，在非水介質中，采用無隔膜電解槽，通過電解氧化法來合成納米Fe2O3。本文的工作主要可概括為以下三個方面： 1.對非水介質中，采用金屬鐵電解氧化法來制備納米氧化鐵的合成工藝條件進行了系統(tǒng)的研究。通過對金屬鐵

2、電極在DMF中的電化學行為研究發(fā)現，當電位高于一定值時，鐵電極在DMF中會發(fā)生溶解，即采用電解金屬陽極法是可行的。同時對電解質濃度、電流密度、水的含量、電極間距離等影響因素作了實驗比較，結果表明：以DMF(N,N-二甲基甲酰胺)為介質，四丁基溴化銨(支持電解質)濃度為0.08mol/L，水的體積百分含量為2％，電極間距取5.0mm時，進行電解最為適宜。另外，通過正交試驗法，對金屬鐵電解反應的工藝條件作了優(yōu)化處理，結果表明：當電流密度為1

3、2 mA/cm2、電解質濃度為0.08mol/L、電解溫度為50℃、兩電極間距為5.0mm時，其反應的電流效率最高，達到92％。 2.對產物-納米氧化鐵進行了結構表征。通過樣品的FT-IR、TG-DSC、XRD、FEM、粒度分布等綜合測試，分析結果表明：由電解反應所得凝膠經濃縮、離心、清洗、40℃的真空干燥后，得到是無定形的FeOOH納米粒子：再經320℃煅燒后，轉化為γ-Fe2O3粒子，平均粒徑為22.0nm；若進一步提高煅燒

4、溫度，在540℃下煅燒，即可得到平均粒徑為35.2nm的α-Fe2O3粒子。同時，對相應粒子的磁學特性作了相應的測定。結果發(fā)現：由實驗制得的γ-Fe2O3納米粒子比普通的粒子有更小的矯頑力和剩磁比，顯示出優(yōu)異的軟磁特性。 3.對電化學合成納米氧化鐵的反應動力學及反應機理作了基礎的研究。根據鐵陽極極化曲線的測試結果及相應的數學處理發(fā)現：金屬鐵在DMF介質中的電化學極化反應是相當慢的，其反應的標準速度常數K0約在9.74 ×109～

5、2.05×10-8范圍之內，而它的傳遞系數也很小(β=0.022)。在優(yōu)化條件下，其Tafel公式可表示為：η=4.60+1.352.lgi。在此基礎上，建立了(電解)氧化反應的動力學模型，對反應動力學進行了探索。研究結果表明：動力學實驗數據與理論推導結果完全吻合，其反應速度只于反應時間有關，呈現零級反應特征，動力學方程可簡單表示為：[Fe2+]=K't。根據動力學結果，我們對電解氧化反應的機理也作了相應的探索，并提出了非水介質中金屬鐵