材料表征：Fe3O4@ZIF-8纳米材料的结构解析与元素分析

（1）FT-IR表征 图9-1中曲线a、b分别为Fe₃O₄和Fe₃O₄@ZIF-8的红外光谱图，扫描范围为500～4500cm^-1。曲线a上594cm^-1处的谱带是由Fe—O—Fe的伸缩振动产生的，属于Fe₃O₄的特征峰，3433cm^-1处的吸收峰应该属于O—H的伸缩振动峰；曲线b上3440cm^-1处是N—H的伸缩振动吸收峰，而C—N的伸缩振动吸收峰在1432cm^-1处，1142cm^-1和1002cm^-1处的吸收峰是由于咪唑中CN的伸缩振动产生的，680cm^-1处的吸收峰是Fe—O—Fe的特征吸收峰向左移动的结果。经过分析可知，ZIF-8成功地包裹在了Fe₃O₄粒子的表面。

图9-1 材料的红外光谱图

（2）XRD分析 X射线衍射是研究物质微观晶体结构的重要分析手段。本试验对Fe₃O₄@ZIF-8进行了XRD分析，结果如图9-2所示。从图9-2可以发现，在2θ为30.314°、35.6°、43.26°、57.06°和62.8°均有特征峰，与四氧化三铁的特征衍射峰位置相同，分别对应的是四氧化三铁的（200）、（013）、（220）、（213）和（224）衍射晶面，与四氧化三铁的标准卡片一致，而1和2处的吸收峰则是ZIF-8的特征吸收峰。由此可以知道，在Fe₃O₄@ZIF-8中四氧化三铁的晶型结构并没有遭到破坏，所以新制备的Fe₃O₄@ZIF-8还将具有四氧化三铁的结构优势。

图9-2 Fe₃O₄@ZIF-8的XRD图

（3）磁性（VSM）分析 图9-3所示为在室温下Fe₃O₄和Fe₃O₄@ZIF-8两种磁性纳米颗粒的磁滞回线。磁滞回线显示两种材料都是超顺磁性的，Fe₃O₄和Fe₃O₄@ZIF-8的饱和磁化强度分别为82.13emu/g和21.97emu/g。Fe₃O₄在表面修饰ZIF-8之后，密度可能有所降低，导致Fe₃O₄@ZIF-8的饱和磁化强度明显降低。即使Fe₃O₄@ZIF-8的磁性有所降低，但是在外加磁场的情况下，其依然可以很容易地被分离出来，这也是Fe₃O₄@ZIF-8可以作为吸附剂的主要原因。

图9-3 Fe₃O₄和Fe₃O₄@ZIF-8磁性纳米粒子的磁滞回线

注：1emu/g=10^-4T；1Oe=79.5775A/m。(www.xing528.com)

（4）材料的形貌分析 由图9-4中Fe₃O₄和Fe₃O₄@ZIF-8纳米粒子的扫描电镜图可知，Fe₃O₄纳米粒子近似球形，而Fe₃O₄@ZIF-8纳米粒子的形状则不同于球形。与图9-4a相比，图9-4b中粒子表面明显发生变化，产生这种变化的原因是ZIF-8纳米粒子附着在Fe₃O₄@粒子上面，而这种结合是材料之间真实的结合，不是两种粒子之间的物理混合，导致粒子的形状以及粒径发生明显变化。

图9-4 Fe₃O₄和Fe₃O₄@ZIF-8的SEM图

图9-5是Fe₃O₄@ZIF-8纳米粒子放大不同倍数的透射电镜图。这种纳米粒子的粒径在50nm左右，并且这种粒子的形状不是球形，表明通过水热合成法合成了一种新型功能材料。这里可以发现若干球形的粒子，应该是反应不完全的Fe₃O₄纳米粒子。

图9-5 不同倍率下Fe₃O₄@ZIF-8纳米材料的TEM图

（5）组成材料的元素种类分析 对Fe₃O₄@ZIF-8材料进行能谱分析，得到图9-6所示的结果。由图9-6可知，Fe₃O₄@ZIF-8中含有N、C、O、Zn、Fe等元素。但是C、N和Zn属于ZIF-8的原材料2-甲基咪唑里面的元素，表明制备的材料中不仅有Fe₃O₄，而且ZIF-8成功地包覆在Fe₃O₄纳米粒子的表面。

图9-6 Fe₃O₄@ZIF-8的能谱图