CoFe2O4/rGO复合纳米材料的制备及其性能研究

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尖晶石铁氧体具有优异的物理和化学性质,近年来受到广泛关注,而石墨烯因其特殊的结构常被用作纳米材料基底,将上述两种具有不同优势的材料进行复合可以实现优势互补,得到性能优异的功能材料。因此,本文研究了铁酸钴(CoFe2O4)纳米材料及铁酸钴/还原氧化石墨烯(CoFe2O4/r GO)复合纳米材料的制备,并考察了材料的光催化性能与吸波性能。本文首先采用单一溶剂热法制备CoFe2O4纳米材料,考察了乙二醇与水的配比、钴源、溶剂热反应温度、时间、表面活性剂及结构导向剂等对产物的影响,得到最佳制备条件为:乙二醇与水的配比为3:1,钴源为硫酸钴,120℃下溶剂热反应24 h。在单一溶剂热法的基础上,采用双膜法结合溶剂热法制备CoFe2O4纳米材料,双膜法反应参数为:机械搅拌速度为900 r/min,溶液平均流量为120 m L/h;并进一步考察了溶剂热反应温度、时间、煅烧温度对产物的影响,得到最佳制备条件为:120℃下溶剂热反应18 h,煅烧温度为550℃。然后,以CoFe2O4纳米材料为原料,采用超声复合法与不同质量分数的氧化石墨(GO)复合,制备CoFe2O4/r GO复合纳米材料。通过SEM及XRD等表征,表明单一溶剂热法产物为长度约20μm、直径约1.5μm的CoFe2O4纳米棒;双膜法结合溶剂热法产物为长度约30μm、直径约800 nm的CoFe2O4纳米棒,并且纳米棒是由无数直径为20 nm左右的纳米颗粒自组装而成;复合后纳米棒很好地负载在石墨烯片层上。结果表明:采用双膜法结合溶剂热法不仅有效地缩短了反应时间,而且改善了产物的形貌,具有广阔的应用前景。以制备的CoFe2O4纳米材料与CoFe2O4/r GO复合纳米材料为光催化剂,通过对孔雀石绿(MG)染料废水进行光催化降解实验,考察其光催化性能。结果表明:与单独的CoFe2O4纳米材料相比,CoFe2O4/r GO复合纳米材料具有更高的光催化活性,并且随着复合材料中r GO含量的增加,其对MG的吸附率和光催化降解率都显著增加。其中,CoFe2O4/r GO-5复合纳米材料具有最优异稳定的光催化性能,在光照90 min后,对溶液中MG的光催化降解率可达到93.48%。在循环使用五次之后,对MG的光催化降解率依然保持在88%以上,说明其具有良好的循环稳定性。以制备的CoFe2O4纳米材料与CoFe2O4/r GO复合纳米材料为微波吸收剂,通过矢量网络分析仪测量其电磁参数的变化,并且利用计算机模拟不同的吸波层厚度时的微波衰减特性,从而分析材料的吸波性能。结果表明,纯CoFe2O4纳米材料的电磁波最大反射损耗为-5.8 d B,而不同比例的CoFe2O4/r GO复合纳米材料的电磁波反射损耗均低于纯CoFe2O4纳米材料,说明GO的引入,使材料的吸波性能增强。其中,CoFe2O4/r GO-4复合纳米材料的电磁波最大反射损耗可达-11.1 d B,低于-10 d B的频宽为2.3 GHz,能实现电磁波的有效吸收,说明该材料在吸波材料的应用中有良好的发展潜力。
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