离子诱导的单相碳化铁化学合成及其磁学与催化性能研究

碳化铁是具有重要应用价值的材料之一，除了突出的磁性外，还具有独特的其它性能，如催化性和化学稳定性等，在新能源利用反应（费托合成）催化剂、电极材料和耐磨涂层等领域都具有重要的应用。然而，碳化铁的合成，由于其成相温度高、相数复杂而面临挑战,迄今对单相碳化铁的合成少有报道。本项目基于表面与界面作用原理，采用简单的离子诱导或掺杂等方法，利用有机液相反应，在中等温和条件下，制备若干个相种的单相碳化铁纳米材料。通过无机离子或离子型表面活性剂的选择及反应条件的设计，实现对碳化铁相种、尺寸、结晶性的有效调控。研究不同种类离子对晶种成相的影响，特别关注其作用机制，总结离子诱导成相的一般规律。研究相结构与其磁学和催化性能的关系，评价其核磁共振造影和催化的效能。该项目将为制备单相碳化铁纳米材料，提供简易、稳定的化学方法，并为其在生物医学和费托合成催化的应用研究奠定基础，因此本项目具有重要的科学意义和研究价值。

碳化铁除了突出的磁性外，还具有独特的催化性和化学稳定性，在新能源转化反应（费托合成）催化剂、电极材料和耐磨涂层等领域都具有重要的应用。然而，碳化铁的合成，由于其成相温度高、相数复杂而面临挑战，迄今对单相碳化铁的合成少有报道。本项目基于表面与界面作用原理，采用简单的离子诱导或掺杂等方法，利用有机液相反应，在中等温和条件下，制备出若干个相种的单相碳化铁纳米材料。通过以Fe@Fe3O4为晶种，实现了四种铁碳化合物hexa-Fe2C、mono-Fe2C、mono-Fe5C2以及ortho-Fe3C单分散纳米颗粒的可控制备，并基于第一性原理计算，表征了Fe [101]面不同位点卤素离子Cl-与C原子吸附能力的大小。结果显示，在某些位点，C原子渗入通道会被与Fe [101]面吸附能力更强的Cl离子所占据，导致铁碳配位构型的变化。特别值得一提的是，我们澄清了费托合成催化材料的有效活性相的争议，给出了低温合成高效活性相的有效方法。结果表明，相较于传统的还原氧化铁催化剂，Fe5C2纳米颗粒表现出更高的活性和更高的烯烃以及C5+选择性。. 此外，利用多功能Fe5C2纳米颗粒的磁功能，开发了核磁共振成像造影材料，并进一步构建了基于该纳米颗粒的诊疗一体化的分子探针，发现该新型磁性纳米材料的光热治疗功能，可用于肿瘤的热疗，具有重要的应用潜力。.