文摘

液体火焰喷雾(LFS)方法被用于制造铁氧化物掺杂alumina-zirconia纳米颗粒。纳米粒子生成使用湍流,高温( 米 一个 x ∼ 3 0 0 0 K) H 2 - - - - - - O 2 火焰。前体aluminium-isopropoxide,锆- 丙醇盐,二茂铁在二甲苯的解决方案。解决方案被高速雾化成微米大小的液滴 H 2 流和引入纳米粒子形成的火焰。粒子的形态、大小、阶段和化学成分是由TEM, XRD, XPS, N 2 吸附测量。收集到的微粒材料由微米大小的聚合与纳米尺度的基本粒子组成。掺杂和无掺杂样品,正方相的氧化锆在室温时发现氧化铝被发现非结晶的。在掺杂粉,铁被氧化 F e 2 O 3 。收集样本的主要粒度大约从6到40 nm。观察掺杂粉末的比表面积增加39 米 2 / g 47 米 2 / g。

1。介绍

液体火焰喷雾(LFS)技术可以用来合成的广谱无机氧化物纳米粒子像 l 2 O 3 、锆 O 2 ,米 n 2 O 3 ,(1,2)、钛 O 2 (3),F e 2 O 3 F e 3 O 4 (4,纳米金属粒子像Ag)和Pd (4]。液体基础火焰方法还提供了一个控制的方法来合成混合氧化物像公司 l 2 O 4 、Ce O 2 /锆 O 2 , Y 2 O 3 zr O 2 (1),如果 O 2 / Ti O 2 (5]。在液体火焰喷雾(LFS),用于生产纳米粒子高速高温火焰。轴向注入液体前驱火焰蒸发,分解,反应,最后对纳米尺度的粒子成核。粒子可以直接在衬底上沉积一层(6由过滤器[],或收集的气体流7)或静电除尘器(3]。

纳米材料的独特性能提供了几个有趣的应用程序在不同领域的行业。卓越的光学、电子、磁性和mechan-ical制成的纳米颗粒的性质和材料na-noparticles打开一个修改的功能电化学可能性,光化学和结构材料,涂料(8,9]。的部分的大小和controlledshape金属和金属纳米粒子功能化,以及掺杂混合氧化物像的性质 l 2 O 3 zr O 2 ,可以提供一个独特的高效催化[可能性9,10]。烷基化和异构化催化提供了大量的应用在化工行业10,11),催化还原和N H 3 (12),或碳nanotube-A的准备 l 2 O 3 复合材料与铁催化剂(13]。催化的几个应用程序代理一起增加需求高质量的结构材料要求新生产纳米构件和可控的方法。LFS技术开辟了一个可能产生多组分氧化物纳米材料与其他催化剂进一步设计和处理功能或结构的纳米材料。

这项工作的目的是演示的合成铁氧化物掺杂 l 2 O 3 zr O 2 LFS混合氧化物。收集到的粒子进行分析以确定产生的粒子大小、形态、阶段和化学成分。铁氧化物掺杂样品的特点比较纯的样品。

2。实验

异丙醇盐(铝 C 9 H 2 1 艾尔 O 3 ),锆(IV)n-丙醇盐(Zr [O (C H 2 ) 2 C H 3 ] 4 ),二茂铁( C 5 H 5 ) 2 铁)溶解在对二甲苯。(物质的量比 C 9 H 2 1 艾尔 O 3 ):(Zr [O (C H 2 ) 2 C H 3 ] 4 ):(( C 5 H 5 ) 2 铁)前体的解决方案是52:22:1。还在纯的解决方案中,摩尔比( C 9 H 2 1 艾尔 O 3 ):(Zr [O (C H 2 ) 2 C H 3 ] 4 52):22。前体溶液送入动荡,高温 H 2 - - - - - - O 2 火焰。进给速率为5.2毫升/分钟。气体流动20 L / min H 2 和10 L / min O 2 。在高速雾化液体的前兆 H 2 流入微米大小的液滴和引入氧气流和向上直接火焰粒子形成的地方。粒子的圆柱形静电除尘器收集的直径100毫米和1000毫米的长度,使用6.0 kV电压中央杆和0.3 mA电流从杆接地的汽缸。收集材料的总量是一克的顺序。LFS-process示意图见图1。


图1
概要描述了LFS-process [3]。

样品的晶体结构是由x射线衍射仪(Kristalloflex d - 500,西门子)使用使单色化铜 K 辐射。粒子形态是由透射电子显微镜(TEM) (JEOL JEM 2010)。样品的比表面积是衡量使用Brunauer-Emmett-Teller氮吸附(BET)方法(库尔特Omnisorp 100 cx)。x射线光电发射光谱(XPS)记录使用物理电子学量子2000光电子能谱仪。XPS测量进行基础的压力 1 × 1 0 − 9 使用阿尔托 K x射线源。运行功率为12.5千瓦和光斑直径50μm。传递能量的低和高分辨率inspectral收购分别为117.4和23.5 eV,分别。Surfaceconcentrations测定Multipak 6.1软件使用峰值区域给表面原子百分比浓度。

3所示。结果与讨论

(图的XRD衍射模式2LFS的颗粒材料只包含正方Zr的山峰 O 2 。因为没有其他比tzr O 2 检测、铝和铁可能是无定形的阶段。


图2
XRD-diffraction模式的 l 2 O 3 zr O 2 (a)和铁氧化物掺杂 l 2 O 3 zr O 2 混合氧化物(b);t:tetragonal-Zr O 2 。

收集到的样本的XPS谱图所示3。在XPS测量,发现铁和铁2 p 3 / 2 峰值位置大约711电动汽车,这表明大部分的铁是F e 2 O 3 。Al 2 p峰值位置大约是73.8 eV和Zr 3的位置 d 3 / 2 峰值约186 eV证明艾尔和Zr是氧化 l 2 O 3 、锆 O 2 。信号在285 eV对应于外源碳。


图3
XPS测量光谱 l 2 O 3 zr O 2 和F e 2 O 3 掺杂了 l 2 O 3 zr O 2 混合氧化物。插入图中代表菲2 p F的高分辨率光谱 e 2 O 3 掺杂了 l 2 O 3 zr O 2 。

表面的氧浓度、铝、锆、铁,在原子百分比,在表1。从高分辨率的XPS谱,计算浓度比的理论收购叫做原子。从XPS谱,计算氧气和铁的浓度较高而铝和锆的含量低于理论的收购。据推测吸附氧,同时更多的F e 2 O 3 颗粒表面的样品里面。

表1
计算表面的原子百分比浓度XPS(1)和理论(2)收购的氧气,铝、锆、铁的F e 2 O 3 +一个 l 2 O 3 zr O 2 和一个 l 2 O 3 zr O 2 。

掺杂样品的比表面积是46.72/ g,而这是38.8米2无掺杂样品/ g。高表面积F掺杂样品指的是小尺寸的 e 2 O 3 粒子。另一种解释为比表面积的增加可能会降低粒子的大小。无论如何,它不能被观察到的区别是如此之小的峰宽x射线衍射模式(图2),但这一现象被观察到在早期研究[3,14]。收集样本的TEM图像如图所示4。主要粒度从TEM图估计是大约从6 - 40 nm,掺杂(图4(一))和无掺杂(图4 (b))样品。掺杂样品的比表面积较高可能是由于更少致密堆积或增加表面不规则造成的小F e 2 O 3 粒子。粒子的形状主要是球形掺杂和纯的样品。

(一)
(一)
(b)
(b)
图4
F的TEM显微照片 e 2 O 3 掺杂了 l 2 O 3 zr O 2 (一)和 l 2 O 3 zr O 2 混合氧化物(b)。

的微晶尺寸tzr O 2 估计从XRD模式通过谢乐公式吗t= (0.9λ/B因为θ)[15),t在海里,λx射线的波长(1.5418),B是完整的半最大值宽度弧度,θ是布拉格角。这个计算给7.4 nm为样本的大小。低温氧化锆具有单斜相的结构和在正常压力。正方的马氏体转变在加热阶段发生大约在1150左右°C,而反向转换时冷却发生在约900°C由于滞后效应(2,16]。正方Zr的存在 O 2 低温可以解释小尺寸的晶体。从正方转变为单斜相发生在一个关键的8 - 18纳米晶体的大小。正方是热力学稳定的阶段如果低于晶体的大小(2,17]。

4所示。结论

铁氧化物掺杂纳米级 l 2 O 3 zr O 2 混合氧化物燃料是由液体火焰喷雾。晶体结构、粒子和晶体大小、比表面积和表面浓度的元素进行了分析。使用XRD分析表明,氧化铝的结构不是水晶,而氧化锆存在于正方阶段。XPS研究表明,铁主要存在于氧化物(F e 2 O 3 )。TEM解剖的理由,样品的粒径在纳米尺度。氧化锆的微晶尺寸计算是7.4海里。在小颗粒,正方结构是积极有利的。这就给了解释正方的存在形式的氧化锆在室温。

承认

这部分工作是由欧盟支持的研究项目IP NANOKER (fp6 - 515784 - 2)。