分級結構α-Fe2O3之微結構調(diào)控及性能.pdf

1、分級結構是由低維納米材料組裝成的復雜高維度納米結構。它不僅能抑制初級組裝單元的團聚長大，保留納米材料高比表面積，同時還能構筑發(fā)達的分級孔通道，有利于物種的擴散傳質(zhì)，提高反應速率，因而備受關注。赤鐵礦(α-Fe2O3)是鐵氧化物中最穩(wěn)定的一種結構，作為重要的n型半導體材料，它的禁帶寬度約為2.3 e V，具有環(huán)境友好性且成本低的特點，應用前景廣闊。分級結構α-Fe2O3的制備和性能研究是當前研究熱點，探索一種簡單、綠色的方法來制備α-Fe

2、2O3三維分級結構，以提高結構導向的多功能性能，如氣敏性能及光催化性能等，是一個很有意義的課題。
　　本研究利用低溫水浴法輔以檸檬酸鈉為表面活性劑制備出花狀微球，經(jīng)焙燒得到α-Fe2O3微球。為了探究分級結構的生長機理，討論了反應時間、檸檬酸鈉添加量及表面活性劑種類對產(chǎn)物形貌的影響。所制得的花狀α-Fe2O3微球對丙酮具有良好的氣敏性能，其最佳工作溫度為340oC，對100 ppm丙酮的靈敏度為15.9，響應和恢復時間分別是13

3、s和39 s。而且該材料對低濃度丙酮也具有良好的氣敏性能，對低至1 pp m丙酮的靈敏度仍可達6.3?；瞀?Fe2O3微球還具有良好的光催化性能，在紫外光照射下對剛果紅的降解率為95％。優(yōu)異的氣敏性能和光催化性能主要得益于其分級結構，不僅利于載流子的傳輸，而且在反應過程中加快反應物和產(chǎn)物的擴散。
　　通過改變花狀α-Fe2O3微球前驅體的燒結溫度及水熱再處理，實現(xiàn)了對產(chǎn)物微結構的調(diào)控。隨著燒結溫度的升高，樣品較緊實的花狀結構變得

4、疏松，結晶度增大，構筑單元納米片邊緣由較光滑表面變得粗糙，且在納米片上出現(xiàn)大量孔。600oC燒結后得到樣品對丙酮氣敏性能最好，在340oC下對100 ppm丙酮的靈敏度為16.9，響應時間和恢復時間分別是15 s和20 s。通過調(diào)節(jié) pH值對低溫水浴法得到的前驅體在95oC下進行水熱再處理1h結果表明，在水介質(zhì)中處理后的樣品形貌及性能最好，與直接低溫水浴法制備出的前驅體相比更松散，納米片花瓣綻放，結構更加開放，出現(xiàn)更多的孔道。所得樣品對

5、丙酮表現(xiàn)出良好的氣敏性能，在340oC下對100 ppm丙酮的靈敏度為30.3，響應時間和恢復時間分別是：10 s和21 s。
　　通過水熱法制備了由納米小球構筑而成的α-Fe2O3空心微球，并研究了反應時間、反應溫度、反應介質(zhì)、尿素濃度對產(chǎn)物形貌的影響，探究了分級結構的生長機理。丙酮和水構成準微乳液，可以調(diào)控成核過程，經(jīng)過奧斯特瓦爾德熟化和自組裝過程得到空心微球結構。α-Fe2O3空心微球對丙酮具有良好的氣敏性能，340oC下對