一种以碳量子点为晶种制备Fe纳米颗粒的方法
【专利摘要】本发明涉及一种以碳量子点为晶种制备Fe纳米颗粒的方法，该方法包括以下步骤：⑴将乙酰丙酮铁溶解于油胺溶液中，在室温下搅拌并通入惰性气体氮气加热、保温，同时在该温度下快速注入三辛基膦；然后升温、保温，得到黑红色液体；⑵将柠檬酸加入到油胺溶液中，再加入十八烯搅拌混合均匀，在室温下搅拌并通入惰性气体氮气加热、保温，同时快速注入三辛基膦；保温结束后，得到淡黄色澄清液；⑶将所述淡黄色澄清液升温后注入所述步骤⑴所得的黑红色液体，注射完毕在惰性气体氮气的保护下降至室温，得到黑色液体；⑷所述黑色液体经离心、洗涤、真空干燥至恒重，即得磁性金属Fe纳米颗粒。本发明方法简单、成本较低、环境污染小。
【专利说明】
一种以碳量子点为晶种制备Fe纳米颗粒的方法
技术领域
[0001]本发明涉及磁性纳米材料的制备技术领域，尤其涉及一种以碳量子点为晶种制备Fe纳米颗粒的方法。
【背景技术】
[0002]近年来，磁性纳米材料由于具有独特的电学、光学、磁学及优异的化学性能，在核磁共振成像、光学纳米器件、靶向药物、磁存储、催化剂等方面有其广泛的应用，因而制备单分散、粒径小、尺寸分布均勾的磁性纳米粒子已成为研究功能型纳米材料的热点。磁性纳米粒子的制备方法一般分为物理法、化学法及物理化学法，其中物理法主要有机械球磨法、磁控溅射法等。由于这些物理方法的工艺流程较为复杂，对设备要求也较高，相对于物理法来说，化学法在控制粒子的大小、晶型及形貌等方面更具有很大的优势。
【发明内容】
[0003]本发明所要解决的技术问题是提供一种方法简单、成本较低、环境污染小的以碳量子点为晶种制备Fe纳米颗粒的方法。
[0004]为解决上述问题，本发明所述的一种以碳量子点为晶种制备Fe纳米颗粒的方法，包括以下步骤:
⑴将乙酰丙酮铁溶解于油胺溶液中，在室温下搅拌并通入惰性气体氮气10?40min，随后在惰性气体氮气的保护下以5?20 °C/min的速率加热到100?200 °C，并于该温度下保温10?60min，同时在该温度下快速注入三辛基膦;然后将温度升到150?250°C，并于该下保温10?60min，得到黑红色液体;所述乙酰丙酮铁与所述油胺溶液的质量体积比为0.1?1.5mmol: 5?20mL；所述乙酰丙酮铁与所述三辛基膦的质量比为0.1-1.5mmol: 1.00-5.0Ommol ；
⑵将柠檬酸加入到油胺溶液中，再加入十八烯搅拌混合均匀，在室温下搅拌并通入惰性气体氮气10?40min，随后在惰性气体氮气的保护下以5?20 °C/min的速率加热到150?250°C，并于该温度下保温20?lOOmin，同时在该温度下快速注入三辛基膦;保温结束后，得到淡黄色澄清液;所述柠檬酸与所述油胺溶液的质量体积比为0.0I?0.1g: 0.5?5mL;所述柠檬酸与所述十八烯的质量体积比为0.01?0.1g:1?1mL;所述柠檬酸与所述三辛基膦的质量比为
0.01?0.1g:1.00?5.0Ommol；
(3)将所述淡黄色澄清液继续升温到250?350°C，并于该温度下使用注射栗注入所述步骤⑴所得的黑红色液体，注射完毕在惰性气体氮气的保护下降至室温，得到黑色液体；
⑷所述黑色液体经离心后，得到沉淀物，该沉淀物经正己烷-乙醇的混合液洗涤3?9次，经真空干燥至恒重，即得磁性金属Fe纳米颗粒。
[0005]所述步骤⑴?⑶中惰性气体氮气的流速为30?60mL/min。
[0006]所述步骤⑶中注入速度为I?10mL/h。
[0007]所述步骤⑷中正己烷-乙醇的混合液与黑色液体的体积比为0.5?3mL:l mL。
[0008]所述步骤⑷中正己烷-乙醇的混合液是指将正己烷与无水乙醇按2?4:1的体积比混合而成。
[0009]所述步骤⑷中离心的条件是指离心速率为4000?9000rpm，时间为120?300秒。
[0010]所述步骤⑷中真空干燥的条件是指温度为30?60 °C、真空度为-0.09—0.07MPa。[0011 ]本发明与现有技术相比具有以下优点:
1、本发明以乙酰丙酮铁为前驱体，油胺和十八烯为溶剂，引入碳量子点作为晶种，通过高温有机液相法制备出了高结晶、纯度高、粒径均一的体心立方相的Fe纳米粒子。
[0012]2、本发明中量子点的加入改善了高温有机液相法产生的Fe纳米粒子的表面状态，利于无定形Fe的熟化结晶，从而得到结晶性很高的产物。
[0013]3、本发明选取了无毒且沸点较高的油胺和十八烯作为反应溶剂，降低了对环境的污染。
[0014]4、对本发明所得Fe纳米颗粒进行X射线衍射实验，可以发现2Θ=(44.673，65.021和82.333°)处出现了衍射峰，这些衍射峰分别对应于Fe的(110)、(200)、(211)晶面(参见图1)，说明得到的Fe纳米粒子为体心立方相，且从图中可以看出产物结晶性高，纯度高。进一步经选区电子衍射测试(参见图3)，可以看出产物结晶性很高，跟XRD测试结果相一致。
[0015]5、本发明合成的Fe纳米颗粒尺寸均一且分布较窄、分散性好(参见图2)。
[0016]6、本发明采用连续注入法，使得产物颗粒均匀。
[0017]7、本发明方法简单、成本较低。
【附图说明】
[0018]下面结合附图对本发明的【具体实施方式】作进一步详细的说明。
[0019]图1为本发明Fe纳米颗粒的X射线衍射图谱(XRD)。采用D/max-2400型X射线衍射仪，激发光源为λ=1.5406 nm(日本Rigaku公司)。
[0020]图2为本发明Fe纳米颗粒的透射电镜(TEM)照片(10nm)。采用TECNAI G2 TF20型透射电子显微镜(美国FEI公司)。
[0021]图3为本发明Fe纳米颗粒的选区电子衍射(SAED)照片。采用TECNAI G2 TF20型透射电子显微镜(美国FEI公司)。
【具体实施方式】
[0022]实施例1一种以碳量子点为晶种制备Fe纳米颗粒的方法，包括以下步骤:
⑴将乙酰丙酮铁溶解于油胺溶液中，在室温下搅拌并通入惰性气体氮气lOmin，随后在惰性气体氮气的保护下以5°C/min的速率加热到100°C，并于该温度下保温lOmin，同时在该温度下快速注入三辛基膦;然后将温度升到150°C，并于该下保温lOmin，得到黑红色液体。
[0023]其中:乙酰丙酮铁与油胺溶液的质量体积比为0.1mmol:5mL;乙酰丙酮铁与三辛基膦的质量比为0.1mmol: 1.0Ommol0
[0024]⑵将柠檬酸加入到油胺溶液中，再加入十八烯搅拌混合均匀，在室温下搅拌并通入惰性气体氮气lOmin，随后在惰性气体氮气的保护下以5°C/min的速率加热到150°C，并于该温度下保温20min，同时在该温度下快速注入三辛基膦;保温结束后，得到淡黄色澄清液。
[0025]其中:柠檬酸与油胺溶液的质量体积比为0.0lg: 0.5mL;柠檬酸与十八烯的质量体积比为0.0I g:1mL;柠檬酸与三辛基膦的质量比为0.0I g: 1.0Ommo I。
[0026]⑶将淡黄色澄清液继续升温到250°C，并于该温度下使用注射栗以lmL/h的速度注入步骤⑴所得的黑红色液体，注射完毕在惰性气体氮气的保护下降至室温，得到黑色液体。
[0027]⑷黑色液体在离心速率为4000rpm、时间为120秒的条件下经离心后，得到沉淀物，该沉淀物经正己烷-乙醇的混合液洗涤3次，在温度为30°C、真空度为-0.09MPa的条件下经真空干燥至恒重，即得磁性金属Fe纳米颗粒。
[0028]其中:
正己烷-乙醇的混合液与黑色液体的体积比为0.5 mL:l mL。
[0029]正己烷-乙醇的混合液是指将正己烷与无水乙醇按2:1的体积比混合而成。
[°03°] 上述步骤⑴?⑶中惰性气体氮气的流速为30mL/min。
[0031]实施例2—种以碳量子点为晶种制备Fe纳米颗粒的方法，包括以下步骤:
⑴将乙酰丙酮铁溶解于油胺溶液中，在室温下搅拌并通入惰性气体氮气40min，随后在惰性气体氮气的保护下以20°C/min的速率加热到200°C，并于该温度下保温60min，同时在该温度下快速注入三辛基膦;然后将温度升到250°C，并于该下保温60min，得到黑红色液体。
[0032]其中:乙酰丙酮铁与油胺溶液的质量体积比为1.5mmol: 20mL;乙酰丙酮铁与三辛基膦的质量比为1.5mmol:5.0Ommol。
[0033]⑵将柠檬酸加入到油胺溶液中，再加入十八烯搅拌混合均匀，在室温下搅拌并通入惰性气体氮气40min，随后在惰性气体氮气的保护下以20°C/min的速率加热到250°C，并于该温度下保温lOOmin，同时在该温度下快速注入三辛基膦;保温结束后，得到淡黄色澄清液。
[0034]其中:柠檬酸与油胺溶液的质量体积比为0.lg:5mL;柠檬酸与十八烯的质量体积比为0.lg: 1mL;柠檬酸与三辛基膦的质量比为0.lg: 5.0Ommol。
[0035]⑶将淡黄色澄清液继续升温到350°C，并于该温度下使用注射栗以10mL/h的速度注入步骤⑴所得的黑红色液体，注射完毕在惰性气体氮气的保护下降至室温，得到黑色液体。
[0036]⑷黑色液体在离心速率为9000rpm、时间为300秒的条件下经离心后，得到沉淀物，该沉淀物经正己烷-乙醇的混合液洗涤9次，在温度为60 °C、真空度为-0.07MPa的条件下经真空干燥至恒重，即得磁性金属Fe纳米颗粒。
[0037]其中:
正己烷-乙醇的混合液与黑色液体的体积比为3 mL:l mL。
[0038]正己烷-乙醇的混合液是指将正己烷与无水乙醇按4:1的体积比混合而成。
[0039]上述步骤⑴?⑶中惰性气体氮气的流速为60mL/min。
[0040]实施例3—种以碳量子点为晶种制备Fe纳米颗粒的方法，包括以下步骤:
⑴将乙酰丙酮铁溶解于油胺溶液中，在室温下搅拌并通入惰性气体氮气30min，随后在惰性气体氮气的保护下以10°C/min的速率加热到130°C，并于该温度下保温30min，同时在该温度下快速注入三辛基膦;然后将温度升到180°C，并于该下保温30min，得到黑红色液体。
[0041 ] 其中:乙酰丙酮铁与油胺溶液的质量体积比为0.5mmol: 15mL;乙酰丙酮铁与三辛基膦的质量比为0.5mmol:2.00mmol。
[0042]⑵将柠檬酸加入到油胺溶液中，再加入十八烯搅拌混合均匀，在室温下搅拌并通入惰性气体氮气30min，随后在惰性气体氮气的保护下以10°C/min的速率加热到200°C，并于该温度下保温50min，同时在该温度下快速注入三辛基膦;保温结束后，得到淡黄色澄清液。
[0043]其中:柠檬酸与油胺溶液的质量体积比为0.05g:2mL;柠檬酸与十八烯的质量体积比为0.05g: 5mL ；柠檬酸与三辛基膦的质量比为0.05g: 2.40mmol。
[0044]⑶将淡黄色澄清液继续升温到315°C，并于该温度下使用注射栗以5mL/h的速度注入步骤⑴所得的黑红色液体，注射完毕在惰性气体氮气的保护下降至室温，得到黑色液体。
[0045]⑷黑色液体在离心速率为SOOOrpm、时间为180秒的条件下经离心后，得到沉淀物，该沉淀物经正己烷-乙醇的混合液洗涤7次，在温度为30°C、真空度为-0.07MPa的条件下经真空干燥至恒重，即得磁性金属Fe纳米颗粒。
[0046]其中:
正己烷-乙醇的混合液与黑色液体的体积比为0.5 mL:l mL。
[0047]正己烷-乙醇的混合液是指将正己烷与无水乙醇按3:1的体积比混合而成。
[0048]上述步骤⑴?⑶中惰性气体氮气的流速为40mL/min。
[0049]实施例4一种以碳量子点为晶种制备Fe纳米颗粒的方法，包括以下步骤:
⑴将乙酰丙酮铁溶解于油胺溶液中，在室温下搅拌并通入惰性气体氮气20min，随后在惰性气体氮气的保护下以8°C/min的速率加热到150°C，并于该温度下保温20min，同时在该温度下快速注入三辛基膦;然后将温度升到170°C，并于该下保温20min，得到黑红色液体。
[0050]其中:乙酰丙酮铁与油胺溶液的质量体积比为0.3mmol: 1mL;乙酰丙酮铁与三辛基膦的质量比为0.31111]101:1.501111]101。
[0051]⑵将柠檬酸加入到油胺溶液中，再加入十八烯搅拌混合均匀，在室温下搅拌并通入惰性气体氮气20min，随后在惰性气体氮气的保护下以8°C/min的速率加热到170°C，并于该温度下保温30min，同时在该温度下快速注入三辛基膦;保温结束后，得到淡黄色澄清液。
[0052]其中:柠檬酸与油胺溶液的质量体积比为0.03g:1mL;柠檬酸与十八烯的质量体积比为0.03g: 3mL；柠檬酸与三辛基膦的质量比为0.03g: 1.50mmol。
[0053]⑶将淡黄色澄清液继续升温到280°C，并于该温度下使用注射栗以3mL/h的速度注入步骤⑴所得的黑红色液体，注射完毕在惰性气体氮气的保护下降至室温，得到黑色液体。
[0054]⑷黑色液体在离心速率为6000rpm、时间为180秒的条件下经离心后，得到沉淀物，该沉淀物经正己烷-乙醇的混合液洗涤5次，在温度为40 °C、真空度为-0.0SMPa的条件下经真空干燥至恒重，即得磁性金属Fe纳米颗粒。
[0055]其中:
正己烷-乙醇的混合液与黑色液体的体积比为1.5 mL:l mL。
[0056]正己烷-乙醇的混合液是指将正己烷与无水乙醇按2.5:1的体积比混合而成。
[°°57] 上述步骤⑴?⑶中惰性气体氮气的流速为50mL/min。
[0058]实施例5 —种以碳量子点为晶种制备Fe纳米颗粒的方法，包括以下步骤:
⑴将乙酰丙酮铁溶解于油胺溶液中，在室温下搅拌并通入惰性气体氮气25min，随后在惰性气体氮气的保护下以15°C/min的速率加热到160°C，并于该温度下保温40min，同时在该温度下快速注入三辛基膦;然后将温度升到200°C，并于该下保温40min，得到黑红色液体。
[0059]其中:乙酰丙酮铁与油胺溶液的质量体积比为lmmol: 1mL;乙酰丙酮铁与三辛基膦的质量比为l_ol:3.50mmol。
[0060]⑵将柠檬酸加入到油胺溶液中，再加入十八烯搅拌混合均匀，在室温下搅拌并通入惰性气体氮气25min，随后在惰性气体氮气的保护下以15°C/min的速率加热到210°C，并于该温度下保温60min，同时在该温度下快速注入三辛基膦;保温结束后，得到淡黄色澄清液。
[0061 ]其中:柠檬酸与油胺溶液的质量体积比为0.08g: 3mL;柠檬酸与十八烯的质量体积比为0.08g: 7mL ；柠檬酸与三辛基膦的质量比为0.08g: 3.20mmol。
[0062]⑶将淡黄色澄清液继续升温到300°C，并于该温度下使用注射栗以5mL/h的速度注入步骤⑴所得的黑红色液体，注射完毕在惰性气体氮气的保护下降至室温，得到黑色液体。
[0063]⑷黑色液体在离心速率为7500rpm、时间为240秒的条件下经离心后，得到沉淀物，该沉淀物经正己烷-乙醇的混合液洗涤5次，在温度为50°C、真空度为-0.0SMPa的条件下经真空干燥至恒重，即得磁性金属Fe纳米颗粒。
[0064]其中:
正己烷-乙醇的混合液与黑色液体的体积比为2 mL:l mL。
[0065]正己烷-乙醇的混合液是指将正己烷与无水乙醇按3.5:1的体积比混合而成。
[0066]上述步骤⑴?⑶中惰性气体氮气的流速为35mL/min。
[0067]实施例6—种以碳量子点为晶种制备Fe纳米颗粒的方法，包括以下步骤:
⑴将乙酰丙酮铁溶解于油胺溶液中，在室温下搅拌并通入惰性气体氮气35min，随后在惰性气体氮气的保护下以10°C/min的速率加热到180°C，并于该温度下保温45min，同时在该温度下快速注入三辛基膦;然后将温度升到230°C，并于该下保温45min，得到黑红色液体。
[0068]其中:乙酰丙酮铁与油胺溶液的质量体积比为1.3mmol: 15mL;乙酰丙酮铁与三辛基膦的质量比为1.3mmol:4.0Ommol。
[0069]⑵将柠檬酸加入到油胺溶液中，再加入十八烯搅拌混合均匀，在室温下搅拌并通入惰性气体氮气35min，随后在惰性气体氮气的保护下以10°C/min的速率加热到230°C，并于该温度下保温80min，同时在该温度下快速注入三辛基膦;保温结束后，得到淡黄色澄清液。
[0070]其中:柠檬酸与油胺溶液的质量体积比为0.05g:3mL;柠檬酸与十八烯的质量体积比为0.05g: 8mL ；柠檬酸与三辛基膦的质量比为0.05g: 4.40mmol。
[0071]⑶将淡黄色澄清液继续升温到330°C，并于该温度下使用注射栗以8mL/h的速度注入步骤⑴所得的黑红色液体，注射完毕在惰性气体氮气的保护下降至室温，得到黑色液体。
[0072]⑷黑色液体在离心速率为SOOOrpm、时间为240秒的条件下经离心后，得到沉淀物，该沉淀物经正己烷-乙醇的混合液洗涤7次，在温度为40 °C、真空度为-0.09MPa的条件下经真空干燥至恒重，即得磁性金属Fe纳米颗粒。
[0073]其中:
正己烷-乙醇的混合液与黑色液体的体积比为0.5 mL:l mL。
[0074]正己烷-乙醇的混合液是指将正己烷与无水乙醇按3:1的体积比混合而成。[OO75]上述步骤⑴?⑶中惰性气体氮气的流速为45mL/min。
【主权项】
1.一种以碳量子点为晶种制备Fe纳米颗粒的方法，包括以下步骤: ⑴将乙酰丙酮铁溶解于油胺溶液中，在室温下搅拌并通入惰性气体氮气10?40min，随后在惰性气体氮气的保护下以5?20 °C/min的速率加热到100?200 °C，并于该温度下保温10?60min，同时在该温度下快速注入三辛基膦;然后将温度升到150?250°C，并于该下保温10?60min，得到黑红色液体;所述乙酰丙酮铁与所述油胺溶液的质量体积比为0.1?1.5mmol: 5?20mL；所述乙酰丙酮铁与所述三辛基膦的质量比为0.1-1.5mmol: 1.00-5.0Ommol ； ⑵将柠檬酸加入到油胺溶液中，再加入十八烯搅拌混合均匀，在室温下搅拌并通入惰性气体氮气10?40min，随后在惰性气体氮气的保护下以5?20 °C/min的速率加热到150?250°C，并于该温度下保温20?lOOmin，同时在该温度下快速注入三辛基膦;保温结束后，得到淡黄色澄清液;所述柠檬酸与所述油胺溶液的质量体积比为0.0I?0.1g: 0.5?5mL;所述柠檬酸与所述十八烯的质量体积比为0.01?0.1g:1?1mL;所述柠檬酸与所述三辛基膦的质量比为0.01?0.1g:1.00?5.0Ommol； (3)将所述淡黄色澄清液继续升温到250?350°C，并于该温度下使用注射栗注入所述步骤⑴所得的黑红色液体，注射完毕在惰性气体氮气的保护下降至室温，得到黑色液体； ⑷所述黑色液体经离心后，得到沉淀物，该沉淀物经正己烷-乙醇的混合液洗涤3?9次，经真空干燥至恒重，即得磁性金属Fe纳米颗粒。2.如权利要求1所述的一种以碳量子点为晶种制备Fe纳米颗粒的方法，其特征在于:所述步骤⑴?⑶中惰性气体氮气的流速为30?60mL/min。3.如权利要求1所述的一种以碳量子点为晶种制备Fe纳米颗粒的方法，其特征在于:所述步骤⑶中注入速度为I?10mL/h。4.如权利要求1所述的一种以碳量子点为晶种制备Fe纳米颗粒的方法，其特征在于:所述步骤⑷中正己烷-乙醇的混合液与黑色液体的体积比为0.5?3 mL:l mLo5.如权利要求1所述的一种以碳量子点为晶种制备Fe纳米颗粒的方法，其特征在于:所述步骤⑷中正己烷-乙醇的混合液是指将正己烷与无水乙醇按2?4:1的体积比混合而成。6.如权利要求1所述的一种以碳量子点为晶种制备Fe纳米颗粒的方法，其特征在于:所述步骤⑷中离心的条件是指离心速率为4000?9000rpm，时间为120?300秒。7.如权利要求1所述的一种以碳量子点为晶种制备Fe纳米颗粒的方法，其特征在于:所述步骤⑷中真空干燥的条件是指温度为30?60°C、真空度为-0.09—0.07MPa。
【文档编号】B22F9/24GK106001605SQ201610510520
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年7月1日
【发明人】佘厚德, 王瑞, 苏云云, 孙毅东, 白文才
【申请人】西北师范大学