第一作者:Artur Khannanov
通讯作者:Siegfried Eigler, Farit G. Vagizov, Ayrat M Dimiev
通讯单位:柏林自由大学、喀山联邦大学、俄罗斯喀山联邦大学
研究亮点:
1. γ−Fe金属粒子的发现为设计材料制备方法提供一种新思路。
2. 首次实现了室温制备γ−Fe−NP。
在结构载体上构建合适的金属纳米颗粒(NPs),它能为设计能量转换和存储装置中的电极材料提供一种新思路,因此随着能量转换领域的迅速发展,电极材料的设计以及性能优化受到了越来越多的关注。
有鉴于此,俄罗斯喀山联邦大学高级碳纳米材料实验室Ayrat m. Dimiev教授与喀山联邦大学物理研究所Farit G. Vagizov教授,柏林自由大学化学与生物化学研究所Siegfried Eigler教授在这项工作中通力合作,发现了在室温条件下氧化石墨烯(GO)表面存在的面心立方结构的γ−铁相纳米颗粒(γ−Fe−NP)。
图1 结构模型及形成机理
在实验过程中,他们观察到,将温度升到917 ℃以上,β−铁纳米颗粒块体会变成γ−Fe−NP,在冷却过程中γ−Fe−NP会转变回α相。之后他们通过X射线衍射和穆斯堡尔光谱,证明了这种碳含量在0.60~0.93 %之间的γ−铁相纳米颗粒的室温稳定性。除此之外,他们也证明了作为结构载体的GO具有晶格空位缺陷,能为γ−Fe−NP的形成提供成核位点,同时也能充当还原剂和稳定剂,并提供碳源。这种γ−Fe−NP/GO复合材料的构建,可为电极材料的设计提供新策略。
图2 Fe3+-GO的特性
图3 在950℃煅烧后的Fe3+-GO和γ-Fe形成的特性
图4 在950℃煅烧后的Fe3+-GO样品电镜图
总之,用Fe(NO3)3浸渍GO并随后退火得到γ-Fe相的NPs,γ-Fe相以具有复杂结构的NPs的形式稳定存在。在表面上自控制形成的Fe/C固溶体薄层用作缓冲剂,控制NP核心中的碳含量。进一步得出结论,GO在晶格中具有空位缺陷是一种独特的材料,令人惊讶地允许制备和稳定γ-FeNP。GO起到形成γ-Fe-NPs的成核位点、还原剂、碳源和稳定剂的作用。这里提出的γ-Fe的发现将继续推动研究γ-FeNPs的性质,包括催化活性或材料制备。
本文整理自 二维加
参考文献:
Khannanov A, Kiiamov A, Valimukhametova A, et al. γ-Iron Phase Stabilized at Room Temperature by Thermally Processed Graphene Oxide[J]. Journal of the American Chemical Society, 2018, 140(29): 9051-9055.
DOI: 10.1021/jacs.8b04829
https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jacs.8b04829