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磁性纳米粒子作为新兴的无机功能材料,在催化、磁流体、生物医学等热点研究领域具有广泛的应用。磁性颗粒的分散性、粒径、结构和形貌等是决定其性能的主要因素,也是能成功应用的关键所在。本文结合磁性纳米材料的应用背景,以制备Fe3O4及其结构型复合粒子为目的,寻求制备具有新型结构和优越性能新材料的途径。具体的研究内容如下:
1.简单介绍了磁性纳米材料的基本概念及性质;重点对磁性纳米材料的合成方法及应用进行了综述;对磁性液体的发展及种类进行了介绍。
2.通过模板法路线合成出同时具有磁性和光催化性能的Fe3O4dopedCdS复合空心球。首先,采用乳液合成法获得粒径均匀的单分散PSA微球,然后成功的将超顺磁的Fe3O4纳米粒子沉积到PSA微球表面,完成其磁性功能化。充分利用PSA小球疏松的高分子结构以及丰富的表面功能团对PSA@Fe3O4进行溶胀和原位沉积CdS,实现在PSA@Fe3O4复合微球表面进行的二次包裹,合成出具有明显核壳结构的PSA@Fe3O4dopedCdS复合球体材料。产物表现出超顺磁性,具有较高的饱和磁化强度。从PSA@Fe3O4dopedCdS复合微球出发,通过溶剂法除去核壳型复合结构的高分子内核,制备出Fe3O4dopedCdS复合空心球。实验结果表明,Fe3O4dopedCdS空心球比PSA@Fe3O4dopedCdS实心粒子具有更强的光催化性能。同时,本催化剂具有磁分离功能,在溶液体系中可以通过外加磁场进行液相分离,具有循环利用性。
3.用模板法路线获得PSA@Fe3O4/Ag光催化剂,以有机物罗丹明B为研究体系,对PSA@Fe3O4/Ag的光催化性能进行了研究。结果表明,所得光催化剂具有很高的光催化效率,当催化剂用量为2mL时,50min即可将罗丹明B完全降解。另外,我们首次对该体系的循环利用性进行了探索。因为Fe3O4的超顺磁性,催化剂很容易通过外加磁场进行固液分离,分离出来的固相仍然能很方便的作为催化剂循环使用,循环催化实验表明,催化剂循环利用9次后,光催化效率依然很高。
4.用简单的一步法,利用硼氢化钠与硫酸亚铁的氧化还原反应,制备出线状纳米Fe颗粒,所得粒子表现出铁磁性,具有较高的饱和磁化强度。为了探索最佳反应条件,研究了反应温度对粒子形貌的影响。结果发现,在30-90℃温度范围内,反应温度越低,越容易得到线状粒子。首次探索了制备温度对磁性液体流变性能的影响。结果发现,制备温度越高,同样质量分数的磁性液体,磁流变性能越明显。
5.以单分散的PSA小球为模板,用包裹,溶剂法,在表面活性剂的辅助下,制备了PSA@Fe3O4/葡聚糖复合微粒。继而借助有机溶剂四氢呋喃(THF)的作用,使PSA溶解,得到Fe3O4/葡聚糖空心磁性微球。选择在最佳条件下制备的磁性Fe3O4/葡聚糖微球进行研究,结果显示,空心胶囊形貌均一,粒径分布范围窄。因为产物表现出超顺磁性,而且表面吸附的葡聚糖具有很好的生物相容性,所以该材料在磁靶向给药方面具有潜在的应用。