YCoxFe1-xO3钙钛矿型氧化物的结构、磁性及其催化应用研究摘要
本论文首次以溶胶凝胶法合成了单相YCoxFe1-xO3 (0.1≤x≤0.9)系列钙钛矿型氧化物。XRD以及红外光谱分析表明YCoxFe1-xO3为正交钙钛矿型氧化物,其空间群为Pnma。通过Rietveld方法对其进行结构精修,得到了该系列氧化物的晶胞参数、各原子的位置及其键长和键角信息,这为以后进一步进行理论及实验研究工作奠定了基础。研究发现,由于钴离子半径比铁离子半径小,随着钴离子掺杂含量的递增,晶格常数a,b和c逐渐减小,呈线性变化趋势。总体上,Fe(Co)-O键长随着Co离子的掺杂呈现递减的趋势,并使得八面体的畸变变得严重;而键角随着Co离子的掺杂呈现递增的趋势,表明八面体的倾斜程度越来越小,从一定程度上缓和了晶格畸变。通过综合物性测试系统(PPMS)对YCoxFe1-XO3系列钙钛矿氧化物的磁性进行了研究。发现当Co含量掺杂系数x≤0.5时,YCoxFe1-xO3呈现出弱铁磁性;而当x>0.5时,样品表现出顺磁性。进一步研究表明Co离子处于低自旋态,Fe离子处于高自旋态,所以YCoxFe1-xO3氧化物的磁性来源于Fe离子。YCoxFe1-xO3(x≤0.5)与YFeO3中的弱铁磁性来源十分相似,归因于Dzyaloshinski-Moriya(DM)相互作用,即由反铁磁结构的磁性离子非共线排列而引起的弱铁磁性。磁性测量结果还表明当x≤0.5时,YCoxFe1-xO3系列氧化物具有明显的磁各向异性,并且其磁相变温度随着Co含量增加而减小。此外,还初步考察了具有介孔结构的YCo0.5Fe0.5O3作为载体负载Pt金属纳米粒子的催化氢化性能。首先以SBA-15为硬模板,获得具有介孔结构的YCo0.5Fe0.5O3载体,再通过浸渍法负载Pt纳米粒子后用于肉桂醛的液相选择加氢反应。结果表明,介孔结构YCo0.5Fe0.5O3材料负载的Pt纳米粒子催化剂对肉桂醛液相加氢反应表现出一定的催化活性和肉桂醇选择性。
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