一种可见光增强吸收的层状α‑Fe2O3纳米圆饼的制备方法与流程

本发明涉及可见光增强吸收特性纳米材料制备技术领域，具体是涉及一种可见光增强吸收的层状α-fe2o3纳米圆饼的制备方法。

背景技术：

纳米结构α-fe2o3在气敏、催化、磁记录和生物医药等领域有着广阔的应用前景。众所周知，α-fe2o3纳米材料的性能与其形态直接相关，因此，制备各种形态α-fe2o3纳米材料一直是人们关注的热点。

制备方法例如，以span80、pvp、dmf、ctab、(nh4)2s2o8、nah2po4、naclo3和油酸钠等为形貌控制剂，采用水热法合成了一系列诸如纺锤形、球形和立方体等形貌规则的α-fe2o3纳米结构。采用前驱体法可得到α-fe2o3纳米棒和纳米枝晶；kyoungjawoo等人用溶胶-凝胶法合成一维α-fe2o3纳米棒；采用热氧化法获得了α-fe2o3纳米带和纳米线。以模板法制备了α-fe2o3纳米管和α-fe2o3多孔纳米结构；用溶剂热法得到了多孔米花状α-fe2o3纳米结构。由以上可知，当前对纳米α-fe2o3制备方法多以水热法、模板法和前驱体法为主。水热法多数引入了各种有机表面活性剂，这将给最终产物的洗涤带来不便。模板法和前驱体法操作较复杂。

本发明采用溶剂热法成功获得了可见光增强吸收的层状α-fe2o3纳米圆饼，解决了模板和表面活性剂去除难等问题。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题为提供一种工艺简单、产物质量高和性能优异以及适合产业化生产的可见光增强吸收的层状α-fe2o3纳米圆饼的制备方法。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：一种可见光增强吸收的层状α-fe2o3纳米圆饼的制备方法，其特征在于，以吡啶-水为反应介质，以氯化亚铁(fecl2.4h2o)为铁源，通过溶剂热法制备出层状α-fe2o3纳米圆饼；通过调控吡啶和水的比例、铁盐的种类和反应温度，以控制α-fe2o3形态。

作为本发明的可见光增强吸收的层状α-fe2o3纳米圆饼的制备方法的优选技术方案，制备方法步骤如下：

1)、室温下，将fecl2.4h2o固体加入到吡啶-水混合介质中搅拌混合；

2)、将fecl2.4h2o-吡啶-水混合体转入反应釜中，通过溶剂热法得到层状α-fe2o3纳米圆饼。

作为本发明的可见光增强吸收的层状α-fe2o3纳米圆饼的制备方法的进一步优选：

步骤1)中fecl2.4h2o、吡啶和水之间的添加量比值为0.2～1.2g：20～30ml：0～1.5ml。

步骤2)中溶剂热法反应温度为160～180℃，反应时间为6～24h。

本发明利用吡啶和水为反应介质，以fecl2.4h2o为铁源，采用溶剂热法成功获得了可见光增强吸收的层状α-fe2o3纳米圆饼，解决了模板和表面活性剂去除难等问题。此方法获得产物具有形态可控和性能优异等优点。为生产高质量高性能α-fe2o3纳米材料提供了一种有效的途径。制备的产物是由若干个厚度为纳米尺度的α-fe2o3圆片组装而成的层状微纳米圆饼结构。

同时，通过实验证实，若使用硫酸亚铁(feso4.7h2o)或氯化铁(fecl3.6h2o)为铁源，在吡啶-水体系中，在同样的反应条件下均将得到无规则的α-fe2o3纳米颗粒。可见光吸收测试结果表明，层状α-fe2o3纳米圆饼吸收可见光的范围要比α-fe2o3纳米颗粒的吸收范围大，即层状α-fe2o3纳米圆饼具有增强可见光吸收特性。

本发明的制备方法与已有α-fe2o3纳米材料的制备与技术相比，所需原料少，操作简单，无需其它形态控制剂即可获得形态规整且光学性能优异的α-fe2o3纳米材料。其有益效果还表现如下：

1)、本发明用于制备α-fe2o3纳米材料所需原材料较少，制备方法简单，为形态可控的α-fe2o3纳米材料制备提供了一种新的工艺。

2)、本发明获得的层状α-fe2o3纳米圆饼具有增强吸收可见光特性，可望用于可见光催化去除污染物领域。

附图说明

图1为实施例1获得最终产物的形态和物相分析；

图2为实施例1获得最终产物的微观结构分析；

图3为实施例2中铁盐种类对最终产物形态的影响；

图4为实施例3中不同形态的α-fe2o3纳米材料的可见光吸收光谱。

具体实施方式

以下结合实施例和附图对本发明的一种可见光增强吸收的层状α-fe2o3纳米圆饼的制备方法作出进一步的详述。本发明方法所得产物的形貌观察是用场发射电子显微镜(fe-sem,feisirion200)，产物物相用x射线衍射仪(xrd,philipsx’pert,cukαline,λ＝0.15419nm)。用透射电子显微镜(tem,jeol2010)来观察产物的结晶和微结构。在观察产物的结晶和内在结构之前，取适量产物，放在乙醇溶液中超声分散，然后，将分散在乙醇溶液中的样物转移到涂有炭膜的铜网上进行透射电镜的表征；取适量的分散液置于一比色皿中，另一比色皿盛乙醇进行uv-vis.测试。

实施例1：可见光增强吸收的层状α-fe2o3纳米圆饼的制备

可见光增强吸收的层状α-fe2o3纳米圆饼的制备方法，步骤如下：

1)、室温下，将0.5g的fecl2.4h2o、25ml的吡啶和1ml的水搅拌混合；

2)、将fecl2.4h2o-吡啶-水混合体转入反应釜中，通过溶剂热法于170℃下反应16h得到层状α-fe2o3纳米圆饼。

α-fe2o3在吡啶-水体系中形成过程分析：

α-fe2o3的形成可以看出如下3个过程，分别可用反应式(1)、(2)和(3)表示。室温下，fecl2.4h2o在空气中将与吡啶-水体系发生快速反应生成黄色的α-feooh(见反应式(1)和(2))；在溶剂热反应中，α-feooh在吡啶-水体系中脱水的到α-fe2o3(见反应式(3))。

图1和图2为获得的产物的形态和结构表征。由图1a和图1b可以看出，在fecl2.4h2o-吡啶-h2o体系中，得到的产物的形态为圆饼状，该圆饼是由若干厚度为纳米尺度的圆片构成。对产物进行xrd分析后可知，这种多层饼状的产物为α-fe2o3(见图1c结果)。图2为单个α-fe2o3纳米圆片的tem和hrtem结果，可以得出，单个α-fe2o3纳米圆片结晶度很高，整个圆片为一个单晶体。

实施例2：铁盐种类对最终产物的影响。

多层饼状α-fe2o3的形成与铁盐的种类有关联。

在其它实验条件完全相同的前提下，采用fecl3.6h2o和feso4.7h2o两种铁源时，得到的均是无规则的α-fe2o3纳米颗粒(分别如图3a和图3b所示)。生物碱吡啶均能与fe²⁺和fe³⁺形成fe(oh)2或α-feooh和fe(oh)3水合氧化铁沉淀前驱体，这些水合铁氧化物通过随后的脱水反应均能获得α-fe2o3产物。但是，只有通过fecl2.4h2o在吡啶-h2o体系中形成的α-feooh在随后的脱水中才能形成饼状的α-fe2o3。而feso4.7h2o在吡啶-h2o体系中也能形成的α-feooh，但脱水后只能得到无规则α-fe2o3纳米颗粒，这说明饼状α-fe2o3的形成需要特殊的铁盐和脱水介质。

实施例3：不同形态α-fe2o3纳米材料的可见光吸收特征研究。

α-fe2o3纳米材料具有可见光吸收性能，不同形态的α-fe2o3纳米材料对可见光的响应也有所不同。图4a为层状α-fe2o3纳米圆饼的可见光吸收光谱，可看出其最大吸收波长约为600nm；图4b和图4c为无规则α-fe2o3纳米颗粒(实施例2制备，b、c分别对应原料为fecl3.6h2o和feso4.7h2o)的可见光吸收谱图，可知两者的最大吸收波长约为420nm。比较可知，层状α-fe2o3纳米圆饼比无规则α-fe2o3纳米颗粒具有更大范围的可见光吸收范围。因此，层状α-fe2o3纳米圆饼具有优异的可见光吸收性能。

实施例4：吡啶与水的比例、反应温度对α-fe2o3形态的影响

通过实验证实，当水在吡啶-水体系中存在过多时，获得的产物为无规则的α-fe2o3。由于fecl2.4h2o本身存在部分结晶水，因此，当体系中不添加水时，也可以获得高质量高性能的α-fe2o3纳米圆饼。有鉴于铁盐的溶解性能以及基于少用吡啶的出发点，控制fecl2.4h2o、吡啶和水之间的添加量比值为0.2～1.2g：20～30ml：0～1.5ml作为最佳配比，可以获得性能最佳的α-fe2o3产物。

另外，针对溶剂热法的反应温度而言，当温度低于160℃时，将无法得到较纯的产物；当温度超过180℃后，获得产物尺寸较大，容易出现团聚现象。

综上所述，吡啶和水的比例、铁盐的种类和反应温度对α-fe2o3形态的调控有较大程度的影响。

以上内容仅仅是对本发明的构思所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的构思或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。