【摘 要】
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Fe5C2磁性材料由于其优异的磁性能,良好的化学稳定性,耐腐蚀性,优秀的机械性能和生物相容性而被广泛应用于工程、储能、催化、运输、医疗等各个领域。在这里提出一种简便绿色的气固法用于合成Fe5C2磁性材料并对其形貌进行了设计,详细研究了Fe5C2磁性材料的合成条件与样品性能。进一步地对过渡金属Mn、Co和Ni掺杂的Fe5C2磁性材料进行了深入研究。另外,具有高饱和磁化强度的Fe4N磁性材料所呈现出的
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Fe5C2磁性材料由于其优异的磁性能,良好的化学稳定性,耐腐蚀性,优秀的机械性能和生物相容性而被广泛应用于工程、储能、催化、运输、医疗等各个领域。在这里提出一种简便绿色的气固法用于合成Fe5C2磁性材料并对其形貌进行了设计,详细研究了Fe5C2磁性材料的合成条件与样品性能。进一步地对过渡金属Mn、Co和Ni掺杂的Fe5C2磁性材料进行了深入研究。另外,具有高饱和磁化强度的Fe4N磁性材料所呈现出的优异性能也引起了人们的关注,同样采用气固法制备了多孔棒状形貌的Fe4N磁性材料并研究了其磁性能。最后,对所制备的Fe5C2及其掺杂改性材料进行了电催化制氢性能的应用探索。本论文具体内容如下:1、利用简单的气固法成功合成了纯相的Fe5C2磁性材料,并且对其形貌进行了设计。制备过程中使用乙二胺作为碳源,草酸亚铁前驱体作为铁源,探索了合成不同形貌Fe5C2磁性材料的最佳合成条件。通过对合成的产物进行表征,证明了结晶良好的纯相Fe5C2磁性材料的生成。使用透射电镜与扫描电镜分别表征了草酸亚铁前驱体以及Fe5C2材料的形貌,呈现出不同的形貌结构,同时不同形貌的Fe5C2磁性材料均被碳壳包覆。X射线光电子能谱分析结果表明Fe5C2磁性材料表面是富碳的,并且有少量N原子的渗入。样品的振动样品磁强计数据表明了所制备的不同形貌Fe5C2磁性材料均具有优异的磁性能。2、通过气固法对Fe5C2磁性材料进行了过渡金属Mn、Co或Ni的掺杂,制备了(Fe1-xMnx)5C2、(Fe1-xCox)5C2和(Fe1-xNix)5C2磁性材料。通过改变掺杂浓度,煅烧温度等条件来探究过渡金属元素Mn、Co或Ni的掺入对Fe5C2材料结构、形貌以及磁性能的影响。测试结果表明,Mn、Co或Ni都可以通过掺杂进入Fe5C2的晶格中,并且在进行不同种类的元素掺杂后,对Fe5C2材料的形貌以及磁性能会产生不同的影响。3、采用气固法,创新性地以棒状草酸亚铁作为前驱体合成了纯相Fe4N磁性材料,其中草酸亚铁作为铁源,乙二胺则被用作氮源。由于纯相Fe4N的合成条件较为苛刻,对于材料具体的合成条件,包括在管式炉中进行煅烧过程的温度,以及氮源乙二胺的用量进行了一系列深入的探究。通过改变煅烧温度和乙二胺的用量,除了得到纯相的Fe4N磁性材料外,还合成了含有其他铁化合物的杂相Fe4N材料。进行测试后发现,Fe4N磁性材料展现了极佳的饱和磁化强度值,这表明我们提出的合成路线不仅能够简易、高效、环保地合成纯相Fe4N磁性材料,同时还可以保证Fe4N磁性材料的磁性能达到较高水平。4、最后对Fe5C2,(Fe1-xMnx)5C2和(Fe1-xCox)5C2样品在电催化析氢反应中的催化性能进行了测试,展现出了良好的电催化性能。Mn或Co的掺入可以有效提高Fe5C2材料对于电化学析氢反应的催化性能,同时Fe5C2、(Fe1-xMnx)5C2和(Fe1-xCox)5C2材料在未来很有潜力作为析氢反应的低成本催化剂。
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