[發明專利]一種制備單分散鐵酸鹽納米晶的方法

有效

• 申請號: 200910043324.2
• 申請日: 2009-05-08
• 公開（公告）號: CN101549888A
• 公開（公告）日: 2009-10-07
• 發明（設計）人: 劉小鶴;史蓉蓉;李偉;周科朝;邱冠周
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: C01G49/00
• 分類號: C01G49/00;B82B3/00
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所
• 代理人: 顏 勇

技術領域

本發明涉及一種單分散鐵酸鹽納米晶的制備方法，屬于無機非金屬材料領域。

背景技術

長期以來，分散問題一直成為制約納米晶廣泛應用的瓶頸問題，單分散納米晶的研究解決了這一難題。與傳統的磁性材料相比，單分散磁性納米晶具有粒度分布集中、磁性能良好、表面易于修飾等特點，在磁流體、磁性器件、催化劑以及高密度磁記錄介質等方面都有著廣泛的應用。近幾年，磁性單分散納米晶在藥物靶向、磁共振成像、腫瘤治療、免疫檢測等方面的應用尤為突出。美國布朗大學S.H.Sun教授的課題組采用hexadecanediol-oleic?acid-oleylamine體系，在高溫下使有機金屬鹽熱解制備磁性納米晶(Science?2000，287，1989；Nature?2002，420，395)；韓國漢城國立大學的T.Hyeon教授課題組則采用自制的脂肪酸鹽為反應前驅，在有機溶劑中使前驅高溫分解，制備單分散磁性納米晶(Nature?Mater.2004，3，891)。國內清華大學化學系李亞棟教授課題組主要采用溶劑熱法制備單分散納米晶(Nature?2005，437，121；Chem.Asian?J.2006，1-2，91)。

發明內容

本發明的目的是提供一種技術相對簡單，操作容易，對設備要求低，成本低；制備單分散鐵酸鹽納米晶的方法，制備的單分散鐵酸鹽納米晶具有粒度小、粒徑分布均一，表面活性高且易于修飾等優點。本發明是以有機鹽為反應前驅，在高沸點的有機溶劑中制備粒徑小于20nm，粒徑分布窄，形貌可控的單分散鐵酸鹽(MFe₂O₄)納米晶。本發明通過控制反應溫度、油酸和油胺的摩爾比、表面活性劑種類等影響產物生長的關鍵因素，實現了對鐵酸鹽納米晶尺度、形貌等的有效控制。

本發明的目的是通過以下方式實現的。

一種制備單分散鐵酸鹽納米晶的方法是將有機鐵鹽或有機鐵鹽和待摻雜有機金屬鹽，加入到盛有油酸、油胺及高沸點的有機溶劑混合液的三口燒瓶中，攪拌均勻，同時向體系內通惰性氣體，待三口燒瓶內空氣完全排除后，密閉體系熱分解反應得到。

所述有機鐵鹽為乙酰丙酮鐵；所述的待摻雜的有機金屬鹽為乙酰丙酮鈷、乙酰丙酮鎳、乙酰丙酮錳或乙酰丙酮鋅。

所述有機鐵鹽與待摻雜的有機金屬鹽的摩爾比為2∶1。

所述油酸與有機鐵鹽的摩爾比為4～10∶1。

所述油酸、油胺的摩爾比為0.25∶1～10∶1。

所述的高沸點的有機溶劑為十八烯，有機鐵鹽的物質的量與十八烯的體積比為1∶20。

所述的熱分解反應在200～300℃溫度下進行1～6h。

本發明可以在有機鐵鹽中添加表面活性劑后再與油酸、油胺及高沸點的有機溶劑反應。表面活性劑為十二烷基苯磺酸鈉、十六烷基三甲基溴化胺、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇、油酸鈉或三辛基氧化膦，表面活性劑與有機鐵鹽的摩爾比為0.1∶1。

本發明采用高溫熱分解法制備尺度均一的單分散鐵酸鹽納米晶。具體工藝過程及條件為：將有機鐵鹽、待摻雜的目標有機金屬鹽和表面活性劑放入盛有有機溶劑、油酸和油胺(摩爾比0.25∶1～10∶1)混合液的三口燒瓶中，攪拌均勻，同時向體系內通惰性氣體，待三口燒瓶內空氣完全排除后，密閉體系。反應在200～300℃溫度下進行，1～6h后，移去熱源，待體系自然冷卻至室溫后，加入正己烷和無水乙醇，超聲離心，40-80℃烘干后得到黑色的磁性粉末。取產物一定濃度的正己烷溶液，滴在銅網的碳支持膜上，待溶液緩慢蒸發后，透射電鏡下可觀察到單分散排列的納米顆粒。

本發明與現有工藝技術相比具有以下優點：

(1)本發明是采用高溫熱分解法制備單分散鐵酸鹽納米粉體。反應在無水無氧的透明三口燒瓶中進行，加熱裝置采用磁力攪拌電熱套，實驗技術相對簡單，操作容易，反應過程可視可控，設備要求簡單，故能較大降低成本。

(2)本發明是在具有高沸點的機溶劑中反應，不同于水做溶劑低沸點的限制。反應物采用有機金屬鹽，與無機金屬鹽相比反應過程緩慢可控，采用油酸油胺做保護劑和還原劑，能有效地抑制產物的氧化和團聚，利于得到單分散排列的納米晶。

(3)本發明制備得到的單分散磁性納米晶具有粒度小、粒徑分布均一，表面活性高且易于修飾等特點，產物能廣泛應用于磁學、生物制藥、機械、電子、光學等領域。

附圖說明

圖1為實驗制備的Fe₃O₄的XRD圖；