新型铁系磁性晶态复合材料的结构设计和可控制备

磁性材料在电子、信息、航空航天等领域具有重要应用，已成为当今化学、物理学、材料与生命科学等多学科交叉研究的热点领域。本项目主要以磁性材料的吸波性能为导向，以磁性复合材料为研究对象，以宏观磁学性能与微观(电子和聚集态)结构之间内在关系为主线，开展铁系磁性晶态复合材料的结构设计、可控制备及其功能特性研究。具体内容包括：(i)铁系磁性晶态材料的控制制备方法学与磁学性质研究；(ii)铁系磁性组分-石墨烯复合吸波材料的结构设计策略研究；(iii)铁系磁性组分-石墨烯复合吸波材料的结构与性能间的构效关系。开发磁学性能优异的晶态材料的结构优化与可控制备新途径；获得铁系磁性组分与石墨烯层间的界面物理/化学作用行为及其对吸波性能的影响规律；探明铁系磁性组分-石墨烯复合结构对吸波性能（介电常数与磁参数）的影响规律，阐明复合结构的吸波机制，为开发吸收频带宽、兼容性好、吸收强、质量轻的新型吸波材料提供技术支撑。

该项目现已完成了预定研究计划，取得的主要成果有：发表了SCI论文40篇，其中，发表在Chem. Mater.、J. Mater. Chem.、Nanoscale、Chem. Eur. J.、Chem. Commu.等影响因子4以上的学术期刊21篇；项目执行期间，“功能无机物的纳微结构调控与特性研究”项目获2011年度教育部高等学校自然科学奖一等奖；三年内共培养博士生4名，硕士生4名。该项目的顺利完成为今后的研究工作奠定了坚实的研究基础。具体工作与取得的进展概述如下：.采用树枝形α-Fe2O3纳米结构为前躯体，通过控制反应条件（如煅烧温度、气氛及反应时间），分别得到了Fe3O4、γ-Fe2O3、Fe三种不同的物相，并且都保持了前驱体的树枝型形貌，这三种产物均在2-18 GHz区间内有较强的吸收，而且随着厚度的增加，吸收频带均向低频带方向移动；采用溶剂热方法和随后的热处理成功地合成了球形Ni/C和CoNi/C块体材料，吸波性能测试表明，Ni/C 块体材料（镍的担载量为10-30%）在2-18 GHz范围内，呈现极强的微波吸收，其中镍的担载量为18.2%的样品在13.7GHz处具有最大的微波吸收值（23.6 dB）,而CoNi/C在7.7 GHz波段处，吸收强度可达50.2 dB；采用一步法在乙二醇溶剂中，由氧化石墨出发直接合成了镍/石墨烯复合材料，镍纳米粒子的尺寸大约是50-100 nm，并且均匀分散于石墨烯薄片上，呈单分散状态，该材料对雷达波有一定的吸收，同时该复合物对高氯酸胺热分解具有很好的催化效果；在水溶液体系中，采用抗坏血酸辅助一步法合成了Fe3O4/石墨烯纳米复合材料，Fe3O4纳米粒子均匀分散在石墨烯纳米片上，尺寸大约为10 纳米，磁性测量表明，Fe3O4/石墨烯复合材料呈现超顺磁特性，而且呈现良好的电化学性能；采用抗坏血酸为还原剂和包覆剂合成了高比表面积的Fe3O4纳米粒子，并具有良好的吸附砷离子的作用；采用水热-退火两步法方法分别合成了大孔NiCo2O4 纳米片、介孔Co3O4 纳米片束、Co1.29Ni1.71O4 微米花/纳米棒/纳米粒子,它们表现出优秀的电化学性能，其中 NiCo2O4 纳米片对氧还原具有较高的电催化活性，Co3O4和Co1.29Ni1.71O4的储锂性能较为突出；采用溶液法合成了几种基于碳/石墨烯的复合纳米材料，如Mn3O4/石