【摘要】：鐵氧化物粉體廉價(jià)易得、環(huán)境友好,在顏料、磁記錄材料、催化劑、生物醫(yī)學(xué)等諸多領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)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(gè)方面的應(yīng)用性能。在鋰離子電池中作為電極材料應(yīng)用時(shí),控制氧化鐵的微觀形貌與結(jié)構(gòu)是優(yōu)化其電化學(xué)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(jié)構(gòu)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(chǎn)物進(jìn)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(jié)構(gòu)的影響,進(jìn)一步組裝電池后通過藍(lán)電(LAND)電池測試系統(tǒng),對所合成鐵氧化物粉體的電化學(xué)性能進(jìn)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(yīng)溫度和反應(yīng)時(shí)間對Fe_3O_4納米顆粒形貌結(jié)構(gòu)和尺寸的影響,并對其晶體結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能進(jìn)行了測試分析,結(jié)果顯示:反應(yīng)溫度200°C,保溫時(shí)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(tuán)聚現(xiàn)象。該材料作為負(fù)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(fù)極材料。探究了制備工藝對α-Fe_2O_3納米顆粒形貌結(jié)構(gòu)和尺寸的影響,研究了不同焙燒溫度和保溫時(shí)間條件下α-Fe_2O_3負(fù)極材料的性能變化規(guī)律。結(jié)果顯示:前驅(qū)體焙燒溫度優(yōu)選600°C,保溫時(shí)間優(yōu)選3h,最終產(chǎn)物α-Fe_2O_3納米顆粒分散較好。所合成的α-Fe_2O_3作為負(fù)極材料首次放電比容量為1148mAh/g,經(jīng)過30次充放電循環(huán)后,放電比容量維持在473mAh/g。(3)采用機(jī)械混合法將α-Fe_2O_3/Fe_3O_4共混作為負(fù)極材料,探究了不同配比下α-Fe_2O_3/Fe_3O_4材料的電化學(xué)性能,得到如下結(jié)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(shí),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(shí),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(xiàn)下降,但是循環(huán)穩(wěn)定性較好。在核磁共振成像領(lǐng)域應(yīng)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(xì)胞示蹤往往需要高濃度納米粒子完成標(biāo)記,這會造成一定的細(xì)胞毒性,如能將單一的氧化鐵納米顆粒構(gòu)建成致密的團(tuán)簇結(jié)構(gòu),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(shí)現(xiàn)團(tuán)簇結(jié)構(gòu)的制備。通過調(diào)節(jié)Vc與SPIO質(zhì)量比例(2:1和5:1)構(gòu)建了不同的納米Vc-SPIO探針,并完成磁共振成像檢測,進(jìn)一步培養(yǎng)RAW264.7巨噬細(xì)胞并應(yīng)用Vc-SPIO納米探針(鐵濃度0~25ug/ml)完成細(xì)胞標(biāo)記,進(jìn)行了細(xì)胞毒性CCK-8檢測研究。結(jié)果表明當(dāng)Vc:SPIO為2:1時(shí),在實(shí)驗(yàn)的鐵濃度范圍內(nèi),細(xì)胞依然保持正�；钚�;當(dāng)Vc:SPIO為5:1時(shí),隨著鐵濃度的增大細(xì)胞活性降低,當(dāng)鐵濃度大于15ug/ml時(shí)有一定的細(xì)胞毒性。Vc-SPIO在低于15ug/ml濃度時(shí)對RAW264.7的生物活性沒有明顯影響,可以實(shí)現(xiàn)RAW264.7細(xì)胞標(biāo)記,為下一步動(dòng)物實(shí)驗(yàn)奠定基礎(chǔ)。
【圖文】：

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(yīng)介質(zhì)變?yōu)橛袡C(jī)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(guān)注。Xiong 等(201、醋酸鈉及聚乙烯吡咯烷酮為前驅(qū)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(fù)合材料。凝膠法類經(jīng)溶液、溶膠、凝膠最終固化等步驟得到前驅(qū)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(xué)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(jié)構(gòu)的預(yù)制模板引導(dǎo)納米材料的生長，使產(chǎn)物形成這種法。碳納米管導(dǎo)電性好，，結(jié)構(gòu)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(xué)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(fù)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(jīng)過高溫焙燒，SiO2模板被除去進(jìn)而形成中空的 Fe。體系的循環(huán)穩(wěn)定性也因充放電時(shí)體積變化減小而增強(qiáng)。
【學(xué)位授予單位】：成都理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TB383.3;R310

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 謝清水;麻亞挺;林亮;彭?xiàng)澚?;夾心結(jié)構(gòu)ZnO-NiO-ZnCo_2O_4混合微米球鋰的存儲性能[J];廈門大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2015年05期

2 楊娟;賴延清;李R

本文編號：2603772