碳化铁光热性能的研究
一：研究的背景
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。让人感受到了它巨大的实用价值和研发价值。因此我们对其进行光热性质的研究，通过对其结构的改造，让这个纳米材料能够应用于各个领域，对各个行业的发展有帮助[1]。
碳化铁属于金属间填充型化合物，由碳原子填入单质铁晶格间隙中形成，倾向于形成可在一定范围内变动组成的化合物。这种颗粒是一种典型的铁磁性纳米材料，可以通过卤素引导的液相热分解法制备，以羰基铁为前驱体，油胺为表面活性剂在合成晶核的基础上碳化，两步法制备碳化铁纳米颗粒，卤素原子的加入是碳化过程中调控物相的关键，有关实验还发现，改变碳化铁的加入量、碳化时间和卤素原子添加量对碳化铁的相结构无显著影响，但是会改变产物形貌。它优异的磁性能与化学活性以及碳引进所带来的低毒性使其可以用于生物医学领域，比如磁共振成像技术又可以用于磁治疗。
二：碳化铁的制备和表征
纳米科学作为材料科学里的一个新兴学科，在最近得到迅速发展，特殊的纳米材料会产生奇妙的光学性质、热力学性质、磁学性质和力学性质。这些性质在微电子、生物医药和环境方面都有显著的应用。可以与多学科交叉结合，促进基础科学的发展和研究。纳米材料的制备方法有很多，比如共沉淀法、高温溶解法和微乳液法等。通过对其合成工艺的研究和优化，可以改变它的光热性质从而让其性能更加优良。在此介绍一下共沉淀法，是在惰性气体的保护下，常温或升高温度，两种或两种以上阳离子在沉淀剂的作用下同时沉淀出来的过程，反应分为两个过程：当溶液中的离子浓度超过饱和临界值，发生了一个爆炸性的成核过程，大量消耗前驱体；其后伴随一个缓慢的晶型生长过程。纳米颗粒的形貌和特征受温度、湿度和离子浓度的影响比较大，所以该方法也比较局限[2]。
对碳化铁纳米颗粒结构表征可以有很多方法，比如热分析法、X衍射法和拉曼图谱。拉曼图谱是一种灵敏度较高且便捷的分析碳材料的技术，可以对纳米颗粒的结构进行分析衍射。通过有关数据分析碳包裹碳化钛纳米颗粒表面碳层及游离碳的结构与石墨相比无序度大，石墨化程度低。我们还可以通过对传统有机高温液相反应的改良，引入选择性吸附的卤素离子，成功制备具有不同晶体对称性的碳化铁纳米颗粒，并系统研究其物相调控机制。基于密度泛涵理论的模拟方法，可以对碳原子的吸附功能进行评价，结果发现卤素原子的引入可以调控碳化铁纳米结构的物象。该方法提供了一个有效调控过渡金属碳化物纳米物相的方法。再通过进一步的研究，发现该类材料在肿瘤的早期治疗与诊断方面，具有重要的应用潜力。
三：碳化铁性能的实际应用
碳化铁纳米材料以其特殊的性质得以运用于各个领域，比如碳化铁功能化的三维氮掺杂碳材料制备及高性能电化学过氧化氢传感器构建。过氧化氢是生物体内众多酶促反应的产物，其在疾病诊断、生物成像、人类反恐等方面有广泛应用。因此开发出灵敏且可靠检测过氧化氢的方法尤为重要。在很多检测方法中，电化学传感具有灵敏度高、反应时间短、易于现场检测等优势。过氧化氢电化学传感器主要包括基于酶的生物传感器和基于纳米材料的无酶传感器。虽然酶具有良好的选择性和灵敏度，但催化酶不稳定会造成传感器的失灵。近年来随着人们对纳米材料的光热性能的研究与探索，纳米材料的诸多优异性能能使其基于各种纳米材料的无酶传感器得到迅速发展并引起了人们的广泛关注[3]。
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