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α-Fe2O3是一种环境友好型的N型半导体材料(Eg=2.2 eV),多用于催化,气体传感器、电化学电极等方面。而介孔分子筛具有的均一可调的介孔孔径、稳定的骨架结构、易于修饰的内表面、以及较高的比表面积,可用作吸附剂、催化剂、及气体传感器,还可以利用其有序介孔作为“微反应器”,制备具有特殊光、电、磁等性能的纳米材料。将过渡金属组装到介孔分子筛孔道中极大地扩展了介孔材料在催化、太阳能转化等应用前景和推广价值。
本论文利用非离子表面活性剂OP-10和阳离子表面活性剂TBAB做复合模板剂,在酸性条件下自组装合成介孔分子筛。通过XRD、BET、SEM、TEM对其进行表征,结果发现,合成的分子筛为典型的介孔结构,在SEM谱图上呈现为有一定厚度(35nm)的片状介孔分子筛;TEM可以看见明暗相间的晶格线,通过电子衍射图案得知形成的孔道为六方形;N2吸附-脱附曲线得出其比表面积为976m3/g,孔径约为2.8nm。分析结果显示合成的介孔材料孔径均一可调,且具有有序的孔道结构,较大的比表面积和孔径。
在上述工作的基础上,我们采用溶剂热反应萃取介孔分子筛的有机模板剂,创新性地使用原位取代的方法同时在分子筛进行孔道内部进行组装,成功地将α-Fe2O3颗粒引入介孔分子筛内表面。所得样品采用XRD、SEM、UV-vis、N2吸附-脱附曲线等一系列测试对其进行形貌、组成和性能的表征。结果表明,通过控制前驱物的质量,可在孔道内直接合成具有不同状态梯度纳米级的复合材料,去除模板剂的同时,将纳米颗粒再分散到分子筛内部。
将合成的α-Fe2O3/SiO2纳米复合材料作为光催化剂,以甲基橙染料为降解对象进行分析。研究不同条件下甲基橙的降解率发现,在太阳光照射下,通过调节体系pH,加入H2O2,对甲基橙染料废水降解效果最好,甲基橙的降解率在150min以内达到90%以上。
高氯酸铵(AP)作为复合固体推进剂中的重要组成部分,提高其热分解性能的研究受到了极大地关注。本论文研究SiO2组装的α-Fe2O3纳米材料作为催化剂对高氯酸铵(AP)热分解的催化性能。用差示扫描量热仪(DSC)研究了对AP热分解的催化作用。结果表明,α-Fe2O3/SiO2复合粒子可显著降低AP分解放热峰温度,较纯AP有很大程度提前。具有大的表面积和分散均匀使得AP的高温分解峰下降了96.1℃,表现出显著的催化效果。