磁性胶体核壳结构γ‑Fe2O3及Fe3O4的制备方法与流程

本发明属于核壳结构纳米材料的合成技术领域，具体涉及一种磁性胶体核壳结构γ-fe2o3及fe3o4的制备方法。

背景技术：

由纳米颗粒组成的三维超结构展现出优异的物理和化学性能，这种将基本的结构单元组装成功能的复杂超结构引起了化学、物理及材料科学界研究学者的巨大兴趣。胶体结构是由不同形貌的微结构单元组成的三维超结构之一，作为超结构中的一种重要类型的胶体结构，是具有中空结构和壳层的微胶囊或微球，壳层一般是由密堆积胶状粒子或凝固的胶体粒子组成。自从研究学者使用微米级的聚苯乙烯球（ps球）和油包水型的悬浮液首次合成出胶体后，其优异的机械稳定性、可控的粒径分布及前驱体粒子的磁性、光学、荧光性质引起了广大科研人员的兴趣，大量研究了其在药物传输、香料和染料的释放、能量存储及光子器件等方面的潜在应用。

然而，复杂的合成过程是制约胶体结构纳米材料实际应用的主要因素。传统合成胶体的方法是先合成胶体球，再在水油界面实现胶体粒子的自组装。该过程比较繁琐、耗时，限制了胶体的实际应用。科学工作者们致力于研发出简单易行的方法来提高胶体的实际应用性，有代表性的pang等以叔丁胺作为结构导向剂，聚乙烯吡咯烷酮（pvp）作为表面活性剂，通过简单有效的一步法使用乳液模板合成出三维中空结构的fe-soc-mof超结构（即胶体）。yu课题组介绍了一种新颖的一步合成胶体的化学方法，高产量的合成出甲醛树脂（pfr）、ag@pfr和au@pfr。然而，简便可控的合成胶体的方法仍然是巨大的挑战，尽管胶体的合成已经取得了部分成就，但是核壳结构的胶体至今未曾被合成出来。

随着化学化工、环境、生物材料及生物医学等领域的发展，纳米技术与其它学科的交叉性发展被重视起来。纳米技术已经应用于药物载体的研究，磁性纳米颗粒与药物形成复合物，被送入体内，通过外界磁场的导向作用能够准确到达病灶从而治愈疾病。纳米材料在医学中的应用主要体现利用纳米技术解决药物的靶向性、纳米材料装上传感器或特异性载体、应用纳米材料的特殊力学性能、利用纳米材料的表面效应等，本发明研究简单可行的合成方法已经制备了磁性胶体核壳结构的α-fe2o3，因其磁性、无毒、来源广泛和成本低廉等特点，探索拓展制备类似结构的磁性胶体核壳结构，将具有重要的科研意义和实用价值。

技术实现要素：

本发明解决的技术问题是提供了一种磁性胶体核壳结构γ-fe2o3及fe3o4的制备方法，先以甘氨酸作为结构导向剂，使用水、乙醇混合溶剂热法制备出磁性胶体核壳结构α-fe2o3，然后分别在不同的气氛中经过热处理分别得到磁性胶体核壳结构γ-fe2o3及fe3o4。

本发明为解决上述技术问题采用如下技术方案，磁性胶体核壳结构γ-fe2o3及fe3o4的制备方法，其特征在于具体步骤为：

（1）磁性胶体核壳结构α-fe2o3的制备

将0.8mmol氯化铁及0.3g结构导向剂甘氨酸溶于2ml去离子水与18ml乙醇的混合溶液中，在氮气保护下持续搅拌5min，然后将混合物转移至反应釜中于160℃加热反应12h，反应结束自然冷却至室温后，离心收集沉淀，用乙醇多次洗涤，再于60℃干燥得到磁性胶体核壳结构α-fe2o3；

（2）磁性胶体核壳结构γ-fe2o3的制备

将磁性胶体核壳结构α-fe2o3在干燥氮气气氛中以20℃/min的升温速率升温至600℃保持5h，然后自然冷却至室温得到磁性胶体核壳结构γ-fe2o3；

（3）磁性胶体核壳结构fe3o4的制备

将磁性胶体核壳结构α-fe2o3在氢气与氩气的混合气氛中以30℃/min的升温速率升温至500℃保持1h，然后自然冷却至室温得到磁性胶体核壳结构fe3o4。

本发明具有以下有益效果：本发明首次实现了两种磁性胶体核壳结构γ-fe2o3和fe3o4的合成，先采用甘氨酸作为结构导向剂，水、乙醇混合溶剂热法一步制备磁性胶体核壳结构α-fe2o3，再在特殊气氛中相变反应制备两种目标产物，方法简便可行，合成磁性胶体核壳结构产物尺寸由磁性胶体核壳结构α-fe2o3前驱物控制，拓展了磁性胶体核壳结构α-fe2o3的实用产物。

附图说明

图1是本发明实施例2制得的磁性胶体核壳结构γ-fe2o3的xrd图；

图2是本发明实施例2制得的磁性胶体核壳结构γ-fe2o3的sem图；

图3是本发明实施例3制得的磁性胶体核壳结构fe3o4的xrd图；

图4是本发明实施例3制得的磁性胶体核壳结构fe3o4的sem图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，对本发明作进一步说明，但并不以任何形式限制本发明的内容。

实施例1

磁性胶体核壳结构α-fe2o3的制备

称取0.8mmol氯化铁（fecl3·6h2o，分析纯，国药集团化学试剂有限公司）及0.3g结构导向剂甘氨酸（分析纯，国药集团化学试剂有限公司）溶于2ml去离子水与18ml乙醇的混合溶液中，在磁力搅拌器上持续搅拌5min，然后将混合物转移至50ml聚四氟乙烯内胆的反应釜中，于160℃加热反应12h，反应结束自然冷却至室温后，离心收集沉淀，用乙醇多次洗涤，再于60℃干燥得到磁性胶体核壳结构α-fe2o3。

实施例2

磁性胶体核壳结构γ-fe2o3的制备

称取一定量的α-fe2o3置于氮气气氛（氮气纯度为99.999%）中，在升温速率20℃/min下加热至600℃并保温5h，自然冷却至室温得到产物。所得产物的xrd谱图如图1，xrd图谱分析显示样品与γ-fe2o3（jcpdsno.04-0755）的每一个衍射峰都完全对应，不存在其它杂峰，说明经过热处理得到的产物为纯相的γ-fe2o3。产物sem照片如图2所示，可以看出控制反应温度和煅烧时长，可以得到形貌保持完好的γ-fe2o3核壳结构。核壳结构仍然是小颗粒为基本单元组装形成的胶体结构。

实施例3

磁性胶体核壳结构fe3o4的制备

称取一定量的α-fe2o3置于氢气与氩气的混合气氛（其中氢气的体积百分含量为5%）中，在升温速率30℃/min下加热至500℃并保温1h，自然冷却至室温得到产物。所得产物的xrd图谱如图3所示，与fe3o4标准图谱（jcpdsno.11-0664）相比，所有的衍射峰能够完好的对应，无其它衍射峰存在，表明所得产物为纯相fe3o4。所得产物的sem照片如图4所示，放大的sem照片（图4b）说明核壳结构仍为小颗粒组装形成的胶体结构。

以上实施例描述了本发明的基本原理、主要特征及优点，本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明原理的范围下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进均落入本发明保护的范围内。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种磁性胶体核壳结构γ‑Fe2O3及Fe3O4的制备方法，属于核壳结构纳米材料的制备技术领域。本发明的技术方案要点为：先以甘氨酸作为结构导向剂，使用水、乙醇混合溶剂热法制备出磁性胶体核壳结构α‑Fe2O3作为前驱物，然后分别在不同的气氛中经过热处理得到磁性胶体核壳结构γ‑Fe2O3和Fe3O4。本发明制备方法简便可行，合成磁性胶体核壳结构产物尺寸由磁性胶体核壳结构α‑Fe2O3前驱物控制，拓展了磁性胶体核壳结构α‑Fe2O3的实用产物。

技术研发人员：郭志超;程素君;张丽伟;申建芳
受保护的技术使用者：新乡学院
技术研发日：2017.04.17
技术公布日：2017.09.08