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FeCx纳米颗粒的物相调控及其磁学性能

近年来,过渡金属碳化物纳米结构引起了研究人员的广泛关注,特别是碳化铁纳米材料,因其较高的饱和磁化强度、优异的稳定性、高效的催化活性以及良好的生物相容性等特点,在纳米磁学、费托合成(Fischer-Tropsch)催化、电化学能源存储与转换以及生物医学领域具有重要的应用潜力。然而,目前常用的制备方法如固相反应、超声化学方法以及溶胶-凝胶方法等,产物多存在团聚现象,且物相调控困难。


近期,北京大学侯仰龙教授点击查看介绍课题组与北京大学特聘研究员王前点击查看介绍团队合作,通过对传统有机高温液相反应的改良,以bcc-Fe@Fe3O4为晶种,长链有机胺(十八胺、油胺)为碳源,引入选择性吸附的卤素离子Cl-,成功制备了具有不同晶体对称性的Fe2C、Fe5C2以及Fe3C高分散性纳米颗粒,并系统研究了其物相调控机理


基于密度泛函理论(DFT)的模拟方法,该工作对Fe(101)面C原子吸附能进行了评价,结果显示当卤素离子Cl-优先吸附于Fe(101)面时,C原子吸附能相比没有Cl-选择吸附下降低了0.20 eV,即Cl-的选择吸附削弱了Fe原子与C原子之间的键合作用。同时,比较Cl原子与C原子的部分密度占据数,发现在自旋向上与自旋向下两个自旋通道中,C的2p轨道能级能量比Cl的3p轨道能级更低。因此,卤素离子的引入可调控碳化铁纳米结构的物相。


磁性测量表明,所得四种物相的碳化铁纳米结构均为典型铁磁性物质,其中,Fe3C饱和磁化强度最高,约为101 emu/g,低于同尺寸单质bcc-Fe的饱和磁化强度,原因在于Fe-C之间的强耦合作用削弱了Fe原子的局域磁矩。六方相Fe2C居里温度最高,约为498.7 K。


这一成果近期发表在Chemical Science上,文章前两位作者为北京大学博士研究生杨子煜赵天山


该论文作者为:Ziyu Yang, Tianshan Zhao, Xiaoxiao Huang, Xin Chu, Tianyu Tang, Yanmin Ju, Qian Wang, Yanglong Hou, Song Gao

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http://pubs.rsc.org/en/Content/ArticleLanding/2017/SC/C6SC01819J#!divAbstract

Modulating the phases of iron carbide nanoparticles: from a perspective of interfering with the carbon penetration of Fe@Fe3O4 by selectively adsorbed halide ions

Chem. Sci., 2017, DOI: 10.1039/C6SC01819J


侯仰龙教授简介


侯仰龙,教育部长江学者特聘教授,国家杰出青年基金获得者,万人计划科技创新领军人才,北京大学教授、博士生导师。主要从事多功能磁性材料、新能源材料的控制合成及其在纳米生物医学与能源领域的应用探索研究。发展了单分散磁性纳米材料的通用制备方法,提出了自下而上的纳米耦合磁体化学制备新策略、探索了磁性纳米颗粒在肿瘤等重大疾病的诊断与治疗的应用。正主持或参加国家自然科学基金委重大项目、重点项目等课题。迄今发表学术论文110余篇,申请专利10余项,为Wiley等出版社撰写中英文章节9篇,在国际和各类双边会议上作大会或分会邀请报告40余次,发起/组织国际学术会议/分会10余次。荣获北京市科技新星(2008)、教育部新世纪优秀人才(2009)、北京市优秀人才(2009)、霍英东优秀青年教师奖(2009)、青年科学之星新人奖(2010)、北京茅以升青年科技奖(2011)、绿叶生物医药杰出青年学者奖(2012)、中国化学会-英国皇家化学会青年化学奖(2013)、科技部中青年科技创新领军人才(2014)、中国电子学会优秀科技工作者(2015)和全国优秀科技工作者(2016)。


现任Advanced Science (Wiley)、Scientific Reports (NPG)、Science China Materials等期刊编委,中国材料研究会常务理事、中国化学会理事、中国生物材料学会理事、中国化学会青年化学工作者委员会副主任委员等。


http://www.x-mol.com/university/faculty/18962

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