[發(fā)明專利]碳包覆四氧化三鐵納米顆粒的水熱制備方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210261095.3
• 申請(qǐng)日: 2012-07-26
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102786097A
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-11-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 何春年;吳珊;趙乃勤;師春生;劉恩佐
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類號(hào): C01G49/08
• 分類號(hào): C01G49/08;C01B31/02;H01F1/34;B82Y30/00
• 代理公司: 天津市杰盈專利代理有限公司 12207
• 代理人: 王小靜

技術(shù)領(lǐng)域

?本發(fā)明涉及一種碳包覆四氧化三鐵納米顆粒的水熱制備方法，屬于碳和金屬氧化物的復(fù)合材料技術(shù)。

背景技術(shù)

磁性金屬氧化物納米顆粒在工業(yè)，生物醫(yī)學(xué)和電子信息領(lǐng)域具有獨(dú)特的應(yīng)用價(jià)值，主要包括在磁性液體、磁記錄材料、催化劑、靶向藥物載體、磁熱療、磁共振成像、傳感器、鋰離子電池等方面的應(yīng)用。

現(xiàn)今四氧化三鐵納米顆粒的制備方法主要包括共沉淀法、微乳液法、水熱法、熱分解法、溶膠-凝膠法。其中化學(xué)共沉淀法過(guò)程中影響納米顆粒粒徑和磁性能的因素較多，反應(yīng)過(guò)程不易控制，且產(chǎn)物純度不高，易出現(xiàn)鐵的氧化物雜質(zhì)；微乳液法和溶膠-凝膠法的工藝過(guò)程復(fù)雜，且原材料多為有機(jī)物對(duì)人體有害；熱分解法制備的四氧化三鐵納米顆粒水溶性及生物相容性較差，限制了其在生物領(lǐng)域的應(yīng)用。而水熱法制備的四氧化三鐵納米顆粒純度高，分散性好，結(jié)晶度高，納米顆粒的形貌與粒徑可控，反應(yīng)過(guò)程中影響因素較少，且產(chǎn)物不僅具有較高的磁性能還兼有一定的水溶性，應(yīng)用范圍廣。

然而納米級(jí)的四氧化三鐵顆粒在空氣中易被氧化，且納米顆粒本身固有的不穩(wěn)定性使其為了降低表面能而團(tuán)聚，降低了磁性以及分散性；一定的毒性限制了其在生物領(lǐng)域的應(yīng)用。為了克服以上問(wèn)題，四氧化三鐵納米顆粒的復(fù)合材料引起了人們的廣泛研究，如將四氧化三鐵納米顆粒固定在活性炭（AC）、碳納米管（CNTs）載體上，或?qū)ζ溥M(jìn)行SiO₂、碳層的包覆。其中碳包覆四氧化三鐵納米顆粒由于具有比表面積大、導(dǎo)電性好、生物相容性好、化學(xué)穩(wěn)定性高以及表面易于功能化等優(yōu)異性質(zhì)而受到廣泛關(guān)注。

Jun?Liu等（RSC?Advances,?2(2012)?2262-2265）先利用雙氧水氧化二茂鐵獲得四氧化三鐵納米顆粒，然后形成的四氧化三鐵納米顆粒與二茂鐵分解剩余的高分子有機(jī)物進(jìn)行自組裝，最后經(jīng)過(guò)煅燒得到內(nèi)部介孔相連的碳包覆四氧化三鐵納米顆粒。Wei-Ming?Zhang等（Adv.?Funct.?Mater.,?18(2008)3941-3946）先利用氯化鐵溶液的水解得到紡錘狀的α-Fe₂O₃納米顆粒，然后將紡錘狀的α-Fe₂O₃納米顆粒與葡萄糖溶液混合后水熱得到碳包覆的紡錘狀α-Fe₂O₃納米顆粒，經(jīng)惰性氣氛保護(hù)下600℃煅燒2h得到碳包覆紡錘狀Fe₃O₄納米顆粒。綜合以上文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)，水熱法制備碳包覆四氧化三鐵納米顆粒成本低，設(shè)備要求低，易于實(shí)現(xiàn)量化生產(chǎn)，具有很好的應(yīng)用前景。然而，上述方法中大部分都是采用多步法，制備工藝復(fù)雜，產(chǎn)物粒徑較大。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種碳包覆四氧化三鐵納米顆粒的水熱制備方法，該方法具有“一步法”過(guò)程簡(jiǎn)單，以此方法制得的碳包覆四氧化三鐵納米顆粒粒徑可控、收率高。

本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案加以實(shí)現(xiàn)的，一種碳包覆四氧化三鐵納米顆粒的水熱制備方法，其特征在于包括以下過(guò)程：

a.配制濃度為0.1-1mol/L的葡萄糖碳源水溶液，配制濃度為0.1-3mol/L的硝酸鐵金屬硝酸化合物溶液，按葡萄糖碳源水溶液與硝酸鐵水溶液體積比為20：(1~2)的比例將兩種溶液混合，機(jī)械攪拌得到均勻的澄清溶液；然后將澄清溶液轉(zhuǎn)移至反應(yīng)釜中，在溫度為160-220℃下恒溫反應(yīng)1-12h，之后冷卻至室溫，將反應(yīng)液以4000-10000?r/min的轉(zhuǎn)速進(jìn)行離心分離，分離10-30min，收集沉淀物并分散與去離子水中，經(jīng)冷凍干燥后得到粉末；

b.將步驟a中得到粉末攤鋪于方舟中，然后將方舟置于管式爐恒溫區(qū)進(jìn)行煅燒，煅燒條件為：在流量為10~400?ml/min的N₂、He或Ar惰性氣體保護(hù)下，以1~10℃/min的升溫速度升溫至200~600℃，保溫0.5~4?h，進(jìn)行碳化，碳化反應(yīng)后在惰性氣體氣氛保護(hù)下冷卻至室溫，得到碳包覆四氧化三鐵納米顆粒。