سنتز و بررسی مکانیسم شکل گیری میکروکره های Fe2O3/C با استفاده از دوریزهای اکسیدی خط نورد به روش سولوترمال

فرآیندهای نوین در مهندسی مواد

مقاله 13، دوره 9، شماره 2، شهریور 1394، صفحه 125-132

نوع مقاله: علمی-پژوهشی

نویسندگان

حمید صفرزاده^{* 1}؛ رضا ابراهیمی کهریزسنگی²؛ علی صفار تلوری³

¹دانشجوی کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی مواد، واحد نجف آباد، دانشگاه آزاد اسلامی، نجف آباد

²دانشیار، دانشکده مهندسی مواد، واحد نجف آباد، دانشگاه آزاد اسلامی، نجف آباد، اصفهان

³استادیار، دانشکده مهندسی مواد، واحد نجف آباد، دانشگاه آزاد اسلامی، نجف آباد، اصفهان

چکیده

نانواکسیدهای عناصر واسطه جایگاه ویژه ای را در ساخت الکترود آند باتری های یون لیتیومی دارند. در این تحقیق میکروکره های Fe₂O₃/C با استفاده از روش سولوترمال یک مرحله ای، با فراوری دور ریزهای اکسیدی خط نورد، برای اولین بار در ایران تولید شد. آنالیز پراش پرتو ایکس (XRD) و میکروسکوپ الکترونی  SEMجهت آنالیز محصولات استفاده شد. تعین مقدار کربن در نمونه های سنتز شده با استفاده از آزمایش TGA انجام شد. نتایج بدست آمده نشان می دهد کربن در کامپوزیت به صورت آمورف می باشد و تنها پیک Fe₂O₃ را رادر الگوی XRD می توان مشاهده نمود. محتوای کربن در کامپوزیت حدودا برابر 72 درصد وزنی محاسبه شد. تصاویر SEM نشان می دهد که  سطح کره های تولید شده نسبتا صاف و قطرآن ها در محدوده 1تا 5/3 میکرون می باشد. با مطالعه مکانیسم شکل گیری میکروکره های Fe₂O₃/C می توان به این مطلب پی برد که نانوذرات Fe₂O₃ به صورت کاملا همگن در تمام زمینه کربنی وجود دارند.

کلیدواژه‌ها

میکروکره؛ سولوترمال؛ اکسید آهن؛ کربن؛ الکترود

مراجع

[1]     P. Poizot, S. Laruelle, S. Grugeon, L. Dupont&  J. M. Tarascon, “Towards the Next Generation of Li-ion Batteries Based On Nanomaterials”, Nature, Vol. 407, pp. 496–499, 2000.

 [2]     S. Wang n, L. Wang, T. Yang, X. h. Liu, J. Zhang, B. Zhu & S. Zhang, “Porous a-Fe2O3 hollow microspheres and their application for acetone sensor”, Journal of Solid State Chemistry, Vol. 183, pp. 2869–2876, 2000.

 [3]     W. Zhang, T. Yang, X. Li, D. Wang & K. Jiao, “Conductive architecture of Fe2o3 microspheres/self-doped polyaniline nanofibers on carbon ionic liquid electrode for impedance sensing of DNA hybridization”, Biosensors and Bioelectronics, Vol. 25, pp. 428–434, 2009.

 [4]     K. Anandan & V.Rajendran, “Morphological and size effects of NiO nanoparticles via solvothermal process and their optical properties”, Materials Science in Semiconductor Processing, Vol. 14, pp. 43–47, 2011.

 [5]     H. Qiao, Q. Luo, J. Fu, J. Li & D. Kumar, “Solvothermal preparation and lithium storage properties of Fe2O3/C hybrid microspheres”, Journal of Alloys and Compounds, Vol. 513, pp. 220–223, 2012.

 [6]     X. H. Huanga, C. B. Wanga, S. Y. Zhanga & F. Zhoua, “CuO/C microspheres as anode materials for lithium ion batteries”, Electrochimica Acta, Vol. 56, pp. 6752– 6756, 2011.

 [7]     H. Qiao, D. Yao, Y. Cai, F. Huang & Q. Wei, “One-pot synthesis and electrochemical property of MnO/C hybrid microspheres”, Ionics, 2012.

 [8]     M. F. Hassana, M. M. Rahmana, Z. P. Guoa, Z. X. Chenc & H. K. Liua, “Solvent-assisted molten salt process: A new route to synthesise Fe2O3/C nanocomposite and its electrochemical performance in lithium-ion batteries”, Electrochimica Acta, Vol. 55, pp. 5006–5013, 2010.

 [9]     S. Y. Liu, J. Xie, Q. Pan, C. Y. Wu, G.S. Cao, T. Zhu & X. B. Zhao, “Graphene Anchored with Nanocrystal Fe2O3 with Improved Electrochemical Li-Storage Properties”, Int. J. Electrochem. Sc, Vol. 7, pp. 354 – 362, 2012.

 [10] X.H. Huang, J. P. Tu, C. Q. Zhang & J. Y. Xiang, “Net-structured NiO–C nano composite as Li-intercalation electrode material”, Electrochemistry Communications, Vol. 9, pp. 1180–1184, 2007.

 [11] H. Mi, Y. Xu, W. Shi, H. Yoo & S. Mo Oh, “Flocculant-assisted synthesis of Fe2O3/carbon composites for superior lithium rechargeable batteries”, Materials Research Bulletin, Vol. 47, pp. 152–155. 2012.

 [12] M. Y. Li, Y. Wang, C. L. Liu, H. Gao & W. S. Dong, “Iron oxide/carbon microsphere lithium-ion battery electrode with high capacity and good cycling stability”, Electrochimica Acta, Vol. 67, pp. 187– 193, 2012.

 [13] M. M. Rahman, S. L. Chou, C. Zhong, J. Z. Wang, D. Wexler & H. K. Liu, “Spray pyrolyzed NiO–C nanocomposite as an anode material for the lithium-ion battery with enhanced capacity retention”, Solid State Ionics, Vol. 180, pp. 1646–1651, 2012.

 [14] M. A. Legodi & D. d. Waal, “The preparation of magnetite, goethite, hematite andmaghemiteof pigment quality from mill scale iron waste”, Dyes and Pigments, Vol. 74, pp. 161-168, 2007.

 [15] J. Zheng & Z.Q Liu, “one-step solvothermal synthesis of Fe3O4@C core-shell nanoparticles with tunable sizes”, Nanotechnology, Vol. 23, 2012.

 [16] H. Qiaoa, L. Xiaoa, Z. Zhengb, H. Liuc, F. Jia & L. Zhanga, “One-pot synthesis of CoO/C hybrid microspheres as anode materials for lithium-ion batteries”, Journal of Power Sources, Vol. 185, pp. 486–491, 2008.

 [17] L. Wang, Y. Zhao, Q. Lai & Y. Hao, “Preparation of 3D rose-like NiO complex structure and its electrochemical property”, Journal of Alloys and Compounds, Vol. 495, pp. 82–87, 2010.

 [18] Q. Wang, H. Li, L. Chen & X. Huang, “Novel spherical microporous carbon as anode material for Li-ion batteries”, Solid State Ionics, Vol. 152–153, pp. 43– 50, 2002.

 [19] H. Du, L. Jiao, Q. Wang, L. Guo, Y. Wang & H. Yuan, “Facile carbonaceous microspheres templated synthesis of Co3O4 hollow Spheres and their Electrochemical Performances in Supercapacitors”, Nano Research, 2012.

 [20] Y. Chen, X. Shi, B. Han, H. Qin, Z. Li & Y. Lu, “The Complete Control for the Nanosize of Spherical MCM-41”, Journal of Nanoscience and Nanotechnology, Vol. 12, pp. 1–11, 2012.