[發明專利]一種制備碳包裹鐵氮化物及其復合磁性納米材料的方法

有效

• 申請號: 201710536578.2
• 申請日: 2017-07-04
• 公開（公告）號: CN109215913B
• 公開（公告）日: 2021-03-02
• 發明（設計）人: 李達;李勇;潘德勝;馮陽;劉偉;崔哲鎮;張志東
• 申請（專利權）人: 中國科學院金屬研究所
• 主分類號: H01F1/01
• 分類號: H01F1/01;H01F41/00
• 代理公司: 沈陽晨創科技專利代理有限責任公司 21001
• 代理人: 崔曉蕾

本發明的目的是提供一種碳包裹Fe₃N及其復合磁性納米顆粒及其制備方法，采用化學液相法制備，所述碳包裹鐵氮化物(Fe₃N)或其復合磁性納米顆粒具有殼核微觀結構，其外殼層為碳，內核組成為Fe₃N或Fe₃N/M，其中M為Fe、FePt、Fe₃O₄、Pt、Au、Ag、Cu中的一種或多種。采用該方法制備具有操作簡單、成本低廉、原料無毒無害，制備周期短、溫度低，可以用于合成具有磁性的、尺寸為20納米?500納米的碳包裹的Fe₃N及其復合磁性納米顆粒材料。利用碳納米膠囊顆粒具備的表面效應、催化、光學或磁學等特殊性質，再結合生物分子獨特的生物功能，能夠廣泛應用于生物、醫學等領域，例如藥物和基因載體、核磁共振醫學顯影、熒光標定、抗菌和細胞分離。

技術領域

本發明屬于無機功能納米材料領域，具體涉及一種制備鐵氮化物磁性納米材料的方法。

背景技術

二元鐵氮化物具有黑灰色澤，屬于金屬間隙化合物。根據鐵-氮相圖，二元鐵氮化物包括Fe₂N、γ'-Fe₄N、ε-Fe₂N_1-x和α”-Fe₁₆N₂等相。其中具有六方晶體結構(P312或P6₃22)的ε相鐵氮化物的一般化學式可寫為ε-Fe₂N_1-x(0x0.6)。氮元素的含量在14at.％(原子百分比)和33at.％之間。室溫時，具有鐵磁性的ε相，氮元素含量為17.5-30at.％，而順磁性相的氮含量在16.1-17.5at.％和30-33.3at.％之間。鐵氮化物因其良好的磁性能和優異的抗腐蝕性能，在磁性應用方面具有很大潛力。含有納米粒子的膠體磁性氮化鐵溶液的可用于制造磁流體。氮化鐵也可作為催化劑，對于費托合成及合成氨等反應具有良好的催化活性。

通常傳統的滲氮方法有三種，包括氣體氮化、液體氮化和離子氮化等方法。采用NH₃或NH₃/H₂的氮化氣氛中加熱分解羰基鐵，W.A.Kaczmarek(Scr.Metall.Mater.,1995,33,1687-1694.)和X.Q.Zhao等(Mater.Res.Soc.Symp.Proc.,1995,368,39-43.)得到了鐵氮化物納米粒子。采用機械合金化方法P.Y.Lee等(J.Alloys Compd.1995,222,179-183.)研究了鐵氮化物粉體的結構和磁性能。球磨所使用的鐵球及其數量和球磨氣氛會影響球磨的結果，粉體的形貌無法控制。以羰基鐵和乙烯為原料，Grimes等(J.Appl.Phys.,2000,87,5642-5644.)使用激光熱分解法得到了單相γ'-Fe₄N納米粒子，并研究了它們的磁性能。采用磁控濺射方法，M.Niederdrenk等,研究了鐵氮化物薄膜(J.Alloys Compd.,1996,237,81-88.)。采用檸檬酸鹽路徑R.N.Panda等人研究了γ’-Fe₄N和ε-Fe₃N納米晶(IEEETrans.Magn.,1998,34,542-548.)。R.S.Figueiredo等人采用低溫離子氮化過程獲得了鐵氮化物(Solid State Commun.,1991,80,757-760.)。利用化學汽相冷凝方法合成納米鐵氮化物粉末，李達等(J.Magn.Magn.Mater.2004，277(1-2),64-70.和J.Magn.Magn.Mater.2004，283(1),8-15.)研究了實驗條件，如載流氣體種類及流量、工作腔氣氛和原料分解溫度等對鐵氮化物納米粉末的相形成、微觀組織結構和磁性的影響。C.B.Teixeira等采用羰基鐵和氨氣在低溫獲得了含有γ′-Fe₄N納米顆粒的磁流體(Hyperfine Interactions,2007,175(1-3),113-120.)。A.M.Zieschang等(Chem.Mater.2017，29(2)，621-628.)采用金屬鈉還原液氨中的溴化鐵，并經573K后續熱處理，得到了Fe₃N磁性納米顆粒。