Page 55 - 《精细化工）》2023年第10期

第 10 期 张风帆，等: 磁性纳米片的制备及功能化应用研究进展 ·2133·

3.3 催化剂 材料结合也可以增加活性材料的电导率，而且还抑
由于催化剂的形态结构与表面活性位点的分布 制了颗粒聚集，提高了库仑效率 [90] 。因而，研究人
密切相关，因此形态控制成为提高催化剂活性的有 员常采用高温还原法制备碳包覆的磁性纳米片，用
力策略 [57] 。二维材料以其活跃的边缘位置效应，特 于构建高性能锂电池的电极材料。
定的暴露面获得更好的催化性能。磁性纳米片由于 WAN 等 [37] 采用碳包覆的 Fe 3 O 4 纳米片构建锂
其独特的片状结构，因而具有活性比表面积大、孔 电池的负极材料，与表面裸露的 Fe 2 O 3 纳米片相比，
隙率高、氧空位丰富等优点，为构建高性能电催化 其初始可逆容量，初始库仑效率、循环稳定性和倍
剂开辟了新的途径 [58] 。 率性能显著提高。GAO 等 [42] 通过一种简单的一锅法
如图 11 所示，WANG 等 [57] 合成了具有特殊的 制备的具有碳包覆杂化结构 Fe 3 O 4 纳米片复合材料，
石墨烯形态和丰富的氧空位的超薄 Fe 3 O 4 纳米片。 其具有比容量高、循环稳定性好和倍率性能好等优
−
自由基（•OH 和 SO 4 •）生成伴随着非自由基途径（介 异的储锂性能。在电流密度为 200 mA/g 的 120 次循
导电子转移）是超薄 Fe 3 O 4 纳米片持久性降解有机 环中表现出 1232 mA·h/g 的高可逆容量以及显著的
污染物（POPs）的关键机制。富含氧空位的超薄磁 倍率性能。如图 12 所示，HUANG 等 [53] 制备了一种
性纳米片介导了污染物和氧化剂之间的电子转移， 新型分层多孔碳 Fe 3 O 4 纳米片复合材料作为锂离子
促进氧化还原循环，并降低界面电荷转移的能垒， 电池的负极材料。在锂化过程中，厚碳壳限制了颗
从而提高铁基催化剂的活性。YING 等 [58] 将具有富 粒级的向外膨胀，锂脱嵌后，嵌入磁性纳米片的中
集氧空位的多孔 Fe 3 O 4 纳米片应用于电催化氮还原 空碳球会恢复原来的形态。独特的内向锂离子呼吸
反应（NRR）。结果表明，多孔磁性纳米片对 NRR 设计有助于保持结构完整性，并确保颗粒间和颗粒
表现出较好的电催化性能。与可逆氢电极相比，在 内的良好接触。该材料具有优越的结构稳定性，提
0.1 V 下，NH 3 的产率高达 12.09 μg/(h·mg cat )，法拉 高了电导率，表现出优异的倍率性能和较长的循环
第效率高达 34.38%。 寿命。

图 12 分层多孔磁性纳米片在电化学循环过程中向内吸
入锂的形态变化示意图 [53]
Fig. 12 Schematic diagram of inward Li-breathing morphological
changes in porous carbon layered magnetic
nanosheets during electrochemical cycling [53]

3.5 吸附净化
由于具有高比表面积、优异的反应活性和丰富
的吸附位点等特性，纳米结构吸附剂受到越来越多

的关注 [91-92] 。磁性纳米片的片状结构使其具有更大
图 11 含富氧空位的超薄二维磁性纳米片上的高级氧化
反应机理示意图 [57] 的比表面积以及更多的吸附位点，特别是其具有超
Fig. 11 Schematic diagram of advanced oxidation reaction 顺磁性或铁磁性，可以通过外磁场容易分离，方便
mechanism on ultrathin 2D magnetic nanosheets 回收再利用。此外，通过结构优化或表面改性，不
with enriched oxygen vacancies [57]
仅可以显著提升磁性纳米片的分散性能，还可以针对
3.4 电池 不同的应用场景赋予其不同的吸附性能。例如：将二
磁铁矿因理论容量大、电子电导率高、成本低 氧化钛纳米颗粒与磁性纳米片结合起来可以增强光
和安全性好等特点被广泛认为是锂离子电池最有前 催化活性和吸附能力，实现高性能吸附处理。
途的电极材料之一。然而，在转换反应过程中由于 ZHAO 等 [26] 制备了 MnO 2 包覆的 Fe 3 O 4 纳米片，
动力学限制、团聚和体积膨胀等原因使循环稳定性 将其用于水中砷离子的吸附，该纳米片具有适合分
差，严重阻碍了其实际应用 [88] 。针对这一难题，具 子吸附的大的比表面积，MnO 2 增强了对亚砷酸盐的
有大比表面积和丰富的活性位点的磁性纳米片有利 吸附能力，可以实现从水中高效去除砷离子。WANG
于获得高比容量和稳定的倍率性能，从而有利于电 等 [55] 制备的单晶 Fe 3 O 4 纳米片的表面充满凹槽且分
子和锂离子的转运 [89] 。此外，将磁性纳米片与碳质 布均匀。由于独特的结构和多孔形态，其表现出良