[發明專利]一種α相三氧化二鐵內凹立方體的制備方法

有效

• 申請號: 201310392001.0
• 申請日: 2013-09-02
• 公開（公告）號: CN103408073A
• 公開（公告）日: 2013-11-27
• 發明（設計）人: 王周成;梁漢鋒;王世強
• 申請（專利權）人: 廈門大學
• 主分類號: C01G49/06
• 分類號: C01G49/06
• 代理公司: 廈門南強之路專利事務所(普通合伙) 35200
• 代理人: 馬應森;戴深峻

技術領域

本發明涉及無機非金屬材料，具體涉及高指數晶面的一種α相三氧化二鐵內凹立方體的制備方法。

背景技術

α相三氧化二鐵是一種重要的金屬氧化物，具有n型半導體的特性，其帶隙寬度為2.2eV,在可見光區具有很強的吸收，加之成本低廉，使其在閃光涂料、塑料、電子、磁記錄材料、催化劑以及生物醫學工程等方面有廣泛的應用。另外，由于其具較高的氣敏性，三氧化二鐵還可用于檢測空氣中的可燃氣體和有毒氣體。

材料的尺寸、形貌、結構對其相關的性能有較大的影響。相關文獻報道了不同維度、形貌和結構的三氧化二鐵，如納米棒、納米管、納米環、空心微球等。此外，某些具有高指數晶面的結構由于其表面能量較高，在催化、能量存儲和轉換及氣體檢測等方面具有比低指數面更為優異的性能。然而在晶體的生長過程中，高指數（高能量）晶面往往快速消失從而使整個體系能量趨于最小化。因此，如何設計合成具有高指數晶面的結構并穩定住高指數晶面是目前的難點，同時也是研究熱點。目前文獻報道的一些具高指數晶面α相三氧化二鐵均為凸面結構（Nanoscale,2011,3,718-724;RSC?Advances,2012,2,6178-6184;Electrochimica?Acta,2012,59,81-85.），而具高指數晶面的α相三氧化二鐵的內凹結構還未見報道。

發明內容

本發明的目的旨在提供高指數晶面的一種α相三氧化二鐵內凹立方體的制備方法。

本發明包括以下步驟：

1）配制水溶性三價鐵鹽溶液，攪拌后鐵鹽的摩爾濃度為0.05～0.2M，再依次添加二價銅鹽和聚乙烯吡咯烷酮（PVP），超聲使其溶解，得溶液A；

2）在步驟1）所得的溶液A中加入氨水，超聲后得溶液B；

3）在步驟2）所得的溶液B中添加甲酰胺，然后轉移至反應釜中，密封并升溫反應后，冷卻至室溫，將釜底沉淀物離心分離，洗滌后，將所得產物干燥，即得α相三氧化二鐵內凹立方體。

在步驟1）中，所述銅鹽與鐵鹽的摩爾濃度比可為（0.5～2）∶1；所述聚乙烯吡咯烷酮的平均分子量可為40000～55000；所述聚乙烯吡咯烷酮與鐵鹽的質量比可為（0.1～0.6）∶1。

在步驟2）中，所述氨水的質量分數可為25%；所述超聲的時間可為3～5min；所述氨水與溶液A的體積比可為1∶1。

在步驟3）中，所述甲酰胺與步驟2）中添加的氨水的體積比可為（1～8）∶20；所述反應釜可采用帶聚四氟乙烯內襯的不銹鋼反應釜，容積率可為40%～60%；所述升溫反應的溫度可為140～160℃，升溫反應的時間可為12～36h；所述洗滌可采用無水乙醇及去離子水洗滌至少2次；所述干燥的溫度可為60～80℃，干燥的時間可為8～12h。

本發明采用三價鐵鹽為原料，在金屬離子的輔助下，通過水熱反應一定的溫度及時間，制備得到具有{12-38}和{13-44}高指數晶面的α相三氧化二鐵內凹立方體。本發明條件溫和，工藝簡單，合成的顆粒尺寸均一，分布均勻，且具有高指數晶面。

附圖說明

圖1為實施例1制備的α-Fe₂O₃內凹立方體的X射線衍射譜圖。

圖2為實施例1制備的α-Fe₂O₃內凹立方體的掃描電鏡圖片。

圖3為實施例1制備的α-Fe₂O₃內凹立方體的透射電鏡圖片。

圖4為根據實施例1制備的α-Fe₂O₃內凹立方體的模型計算確定高指數晶面。

具體實施方式

實施例1：

（1）稱取0.8080g（約2mmol）的硝酸鐵(Fe(NO₃)₃·9H₂O)，將其溶于10mL的去離子水中，加入0.199g（約1mmol）乙酸銅(Cu(CH₃COO)₂·H₂O)，充分攪拌使其溶解。往上述溶液中添加0.15g的聚乙烯吡咯烷酮（平均分子量為40000），超聲使其溶解。

（2）在步驟（1）中所得的溶液中加入10mL質量分數為25%的氨水，超聲3min后使其充分混勻。

（3）在步驟（2）中所得的溶液中添加2mL的甲酰胺（分析純），然后轉移至容量為50mL的聚四氟乙烯內襯的不銹鋼反應釜中，密封并升溫至160℃保溫12h。