[發明專利]一種可控形貌納米氧化鐵的水熱合成方法

有效

• 申請號: 201310744725.7
• 申請日: 2013-12-31
• 公開（公告）號: CN103754956A
• 公開（公告）日: 2014-04-30
• 發明（設計）人: 李朋偉;李剛;桑勝波;羅翠線;胡杰;張文棟
• 申請（專利權）人: 太原理工大學
• 主分類號: C01G49/06
• 分類號: C01G49/06;B82Y40/00;B82Y30/00
• 代理公司: 太原科衛專利事務所(普通合伙) 14100
• 代理人: 朱源

技術領域

????本發明涉及一種納米氧化鐵的制備方法，具體是一種可控形貌納米氧化鐵的水熱合成方法。

背景技術

氧化鐵（Fe-₂O₃）價廉、無毒，作為顏料廣泛應用于涂料、建材等多種領域；另外還可作為精密儀器、光學玻璃的拋光劑；電子工業、通訊整機、電視機、計算機等磁性原料及行輸出變壓器、開關電源及其高U及高UQ等的鐵氧體磁芯等等。由于納米材料獨有的表面效應、量子尺寸效應等，當氧化鐵的顆粒度達到納米級水平時，許多潛在的物理化學性質，如磁性、催化性能等等得到充分體現，使得納米氧化鐵在磁性材料、精細陶瓷、工業催化以及生物醫學工程等領域得到更為廣泛的應用。

常見的納米氧化鐵粒子的制備方法主要分為干法和濕法兩種。干法主要以熱分解及物理粉碎法為主。濕法主要以溶膠-凝膠法、水熱法、水解法、空氣氧化法等為主。

目前，國內外關于納米氧化鐵的制備及性能表征方面已有較多報道：公告號為CN1319864C的中國專利中采用膠體化學法制備納米氧化鐵，所得產品純度高，但該發明需采用大量有機溶劑，成本高。公告號為CN?102674472A的中國專利以納米纖維素為模版制備棒狀納米氧化鐵，產物形貌均一，但工藝較復雜。專利CN102092794B公布的納米氧化鐵制備方法中得到的產物均勻、分散性好，但工藝復雜、反應條件較為苛刻。專利CN1669936A公布的納米氧化鐵制備方法采用電子束輻照分解，產物均勻、顆粒小，但工藝復雜、成本高。從文獻報道來看，現有的納米氧化鐵的合成方法大部分能滿足普通工業生產的需求，但對于高、精、尖科技產品和科學研究而言，普通的合成方法合成的納米粒子尚無法滿足尺寸、形貌可控的要求。

發明內容

????本發明為了解決現有納米氧化鐵合成方法合成的納米粒子無法滿足在40-600nm范圍內尺寸可控、在實心塊狀至中空管狀的范圍內形貌可控的問題，提供了一種可控形貌納米氧化鐵的水熱合成方法。

本發明是通過以下技術方案實現的：一種可控形貌納米氧化鐵的水熱合成方法，包括如下步驟：（1）稱取磷酸二氫鹽、強酸強堿鹽以及三價鐵鹽，混合加入去離子水中，攪拌至完全溶解，獲得前驅體溶液；所述的前驅體溶液中磷酸根離子與三價鐵離子的摩爾比為0～3:10，強酸強堿鹽與三價鐵離子的摩爾比為0～5:10，去離子水的質量為磷酸二氫鹽、強酸強堿鹽以及三價鐵鹽總質量的50～300倍；（2）將前驅體溶液放置反應釜中，加熱至150～250℃，保溫2～4h；冷卻至室溫，將所得的產物加入去離子水和酒精，充分振蕩，離心，去上清液，將內容物移至電熱真空干燥箱內，干燥直至恒重，獲得納米晶體氧化鐵。

理論上采用任意的磷酸二氫鹽均可，但實驗室常見的磷酸二氫鹽有磷酸二氫鈉、磷酸二氫鉀，上述磷酸二氫鹽具有取材容易、成本合理的特點。

理論上采用任意的三價鐵鹽均可，但實驗室常見的三價鐵鹽有氯化鐵、硝酸鐵、硫酸鐵，上述三價鐵鹽具有取材容易、成本合理的特點。

理論上采用任意的強酸強堿鹽均可，但實驗室常見的強酸強堿鹽有氯化鈉、硫酸鈉、氯化鉀、硫酸鉀、硝酸鈉、硝酸鉀，上述強酸強堿鹽具有取材容易、成本合理的特點。

本發明中步驟（2）中產物中去離子水和酒精的加入主要是對產物進行清洗的作用，因此，去離子水和酒精加入量的控制是本領域技術人員容易實現的。

本發明中步驟（2）中，所述的內容物為帶有殘留液的沉淀物。

進一步，所述的離心步驟中離心轉速為3000～15000rad/min，離心2～3次，每次2～3min。離心處理時，只要是能保證大部分的沉淀物與液體分離，任何離心轉速、離心次數以及離心時間均可采用，本發明中離心步驟的操作為本領域技術人員容易實現的。但是采用本發明所述的離心轉速、離心次數以及離心時間，可以更快、更好的實現離心，納米晶體氧化鐵的均勻性更好。

????本發明中納米晶體氧化鐵的形貌尺寸的控制是通過前驅體溶液中的磷酸根離子和強酸強堿鹽的濃度來調節實現的，其中磷酸根離子是用來調節納米晶體氧化鐵尺寸大小的，強酸強堿鹽是用來調節納米晶體氧化鐵形貌的；若磷酸根離子相對于三價鐵鹽摩爾比越大時，納米晶體氧化鐵尺寸越大，若磷酸根離子相對于三價鐵鹽摩爾比越小時，納米晶體氧化鐵尺寸越小；若強酸強堿鹽相對于三價鐵鹽摩爾比越大時，納米晶體氧化鐵的形貌更趨于中空管狀，若強酸強堿鹽相對于三價鐵鹽摩爾比越小時，納米晶體氧化鐵的形貌更趨于實心塊狀。