[發明專利]一種多孔鐵氧化合物微納米球及其制備方法

有效

• 申請號: 201611262554.4
• 申請日: 2016-12-30
• 公開（公告）號: CN106629863B
• 公開（公告）日: 2018-02-13
• 發明（設計）人: 江瑞斌;秦翰林
• 申請（專利權）人: 陜西師范大學
• 主分類號: C01G49/08
• 分類號: C01G49/08;C01G49/06;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司61200
• 代理人: 李宏德

技術領域

本發明涉及功能材料技術領域，具體為一種多孔鐵氧化合物微納米球及其制備方法。

背景技術

鐵元素在地殼中的豐度在所有元素中排在前五位，因而鐵氧化合物的價格低廉。同時，鐵氧化合物的種類豐富，其中常見的鐵氧化合物包括Fe₃O₄、γ-Fe₂O₃和α-Fe₂O₃，且具有穩定性高和環境友好等特點。因此，鐵氧化合物在催化、鋰離子電池和生物應用中表現出巨大的應用前景。多孔鐵氧化合物可以同時具有磁性和高的比表面積，而這兩種性質是污染物降解、吸附分離、催化、生物載藥等應用極力追求的兩種性質。因此，開發簡便、快捷、廉價、大規模合成鐵氧化合物的方法一直是國內外研究者的一個重要目標。

目前，制備多孔鐵氧化合物的方法主要有兩類，軟模板法和硬模板法。在軟模板法中，以聚合物分子或者表面活性劑小分子為模板，利用鐵源會圍繞模板分子成核和長大，從而形成的鐵氧化合物微納米結構中會包含模板分子，進一步除去模板分子得到多孔鐵氧化合物。除去模板分子的方法一般有有機溶劑清洗和煅燒兩種方法，對于聚合物分子模板一般很難通過有機物溶劑清洗的方法除去，則必須通過煅燒的方法除去。如LongKuai等人采用三嵌段聚合物作為模板采用超聲噴霧的方法制備了多孔鐵氧化合物(Aerosol-spraydiversemesoporousmetaloxidesfrommetalnitrates,Sci.Rep.2015,5:9923.)，該方法制備的微納米結構需要后續高溫煅燒才能夠除去聚合物分子形成多孔鐵氧化合物，在煅燒過程中可能會導致表面積碳，對后續的應用不利。在硬模板法中，模板一般為多孔材料，需要先將鐵源裝進模板的孔中，然后反應形成鐵氧化合物，最后選擇性地除掉模板。要得到多孔鐵氧化合物，需要硬模板中的孔相互交聯，否則在除去模板后，鐵氧化合物就會離散，而無法形成多孔材料。另外，硬模板法很難制備出孔徑在介孔以下的多孔鐵氧化合物。可以看出，無論是軟模板還是硬模板法，都需要后續的處理除去模板，才能夠得到多孔鐵氧化合物。

發明內容

針對現有技術中存在的問題，本發明提供一種多孔鐵氧化合物微納米球及其制備方法，不依賴于特殊模板劑，不需要去除模板劑，一步法得到多孔鐵氧化合物微納米球，操作簡便快捷，適于大規模生產制備多孔鐵氧化合物微納米球。

本發明是通過以下技術方案來實現：

一種多孔鐵氧化合物微納米球的制備方法，包括以下步驟：

步驟1，制備能夠在醇中分散的犧牲劑納米顆粒膠體溶液；在室溫條件下，向濃度為0.01～100nM的以十六烷基銨類分子為表面活性劑的犧牲劑納米顆粒膠體溶液中加入等體積且濃度為1～10mM的聚合物溶液，將所得溶液在室溫攪拌5～14小時，離心去掉上清液，得到能夠在醇中分散的犧牲劑納米顆粒膠體溶液；

步驟2，制備鐵氧化合物前驅體溶液；將鐵源、多元醇、無水乙酸鈉和犧牲劑納米顆粒膠體溶液配置成前驅液，配制比例為鐵源：無水乙酸鈉：多元醇：犧牲劑納米顆粒膠體溶液＝(1～10mmol)：(7～50mmol)：(700～750mmol)：(1～100×10^-6mmol)，在常溫下持續攪拌5～15分鐘得到鐵氧化合物前驅體溶液；

步驟3，制備多孔四氧化三鐵微納米球；將上述鐵氧化合物前驅體溶液進行溶劑熱反應，升溫速率為0.1～5℃/min，溶劑熱反應溫度為180～200℃，溶劑熱反應時間為4～24h，隨后將反應混合液自然冷卻至室溫；收集黑色沉淀，并用洗滌劑多次洗滌，將黑色沉淀在25～80℃下真空干燥1～24h，以得到不同晶化程度的多孔四氧化三鐵微納米球。

優選的，還包括步驟4，制備多孔三氧化二鐵微納米球：將步驟3得到的多孔四氧化三鐵微納米球進行煅燒，升溫速率為0.1～5℃/min，煅燒溫度為200～900℃，煅燒時間為1～9小時，以得到不同晶化程度的多孔三氧化二鐵微納米球。

優選的，所述步驟1中，犧牲劑納米顆粒膠體溶液中的納米顆粒為金納米顆粒、銀納米顆粒、銅納米顆粒及鈀納米顆粒中的至少一種。

優選的，作為陽離子表面活性劑的十六烷基銨類分子包括十六烷基三甲基溴化銨、十六烷基三乙基溴化銨、十六烷基三丙基溴化銨或十六烷基三丁基溴化銨、十六烷基三甲基氯化銨。

優選的，所述步驟1中，聚合物為巰基聚乙二醇、聚苯乙烯磺酸鈉和聚乙烯醇中的任意一種。