一种铁配位金属有机凝胶及α-Fe₂O₃纳米颗粒的制备方法

一种铁配位金属有机凝胶及α-Fe₂O₃纳米颗粒的制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种铁配位金属有机凝胶及α?Fe2O3纳米颗粒的制备方法，将反丁烯二酸和铁盐加入至乙醇中分别制备成反丁烯二酸乙醇溶液和铁盐乙醇溶液，再将反丁烯二酸乙醇溶液和铁盐乙醇溶液混合后静置获得铁?反丁烯二酸金属有机凝胶，即为铁配位金属有机凝胶，将铁配位金属有机凝胶干燥获得干凝胶，然后将获得的干凝胶煅烧后即得α?Fe2O3纳米颗粒。本发明通过金属与羧酸的配位作用一步制备了金属有机凝胶，制备方法简便，以所制备的金属有机凝胶为原料，煅烧后制得了α?Fe2O3纳米颗粒，方法简单，得到的α?Fe2O3纳米颗粒不含有其他杂质，不需要后期处理。
【专利说明】
一种铁配位金属有机凝胶及a-Fe203纳米颗粒的制备方法
技术领域
[0001]本发明属于无机金属材料领域，具体涉及铁配位金属有机凝胶及利用该金属有机凝胶作原料制备a-Fe2〇3纳米颗粒。【背景技术】
[0002]a-Fe203作为一种比较有价值的铁的氧化物，由于其化学性质稳定、耐光性等优良特性可以被广泛地应用于涂料、气敏材料、生物医学等领域。同时，由于其具有较窄的禁带宽度，a-Fe2〇3也是一种重要的n型半导体材料。
[0003]目前a-Fe2〇3纳米颗粒的制备方法主要有三大类:固相法、液相法和气相法。而溶胶-凝胶法由于其合成条件可控，产品纯度高且形貌可控等特点受到越来越多的关注和研究。但是目前的溶胶-凝胶法制备纳米氧化铁需要将铁离子与其他物质在溶液中形成溶胶， 再加入碱或盐将溶胶凝胶化处理得到凝胶。这就会引入其他金属离子，制备出的纳米氧化铁还需要洗涤，干燥处理。
【发明内容】

[0004]针对上述现有技术的不足，本发明提供一种一步制备金属有机凝胶，并以此凝胶为原材料，高温煅烧制备a_Fe2〇3纳米颗粒的方法。该方法制备简单，且制备出的a-Fe2〇3纳米颗粒不含有其他杂质，不需要后期处理。
[0005]为实现上述目的，本发明的技术方案是:
[0006]—种铁配位金属有机凝胶的制备方法，将反丁烯二酸和铁盐加入至乙醇中分别制备成反丁烯二酸乙醇溶液和铁盐乙醇溶液，再将反丁烯二酸乙醇溶液和铁盐乙醇溶液混合后静置获得铁_反丁烯二酸金属有机凝胶，即为铁配位金属有机凝胶。
[0007]丁烯二酸是一种二元羧酸，其可与铁盐产生配位作用，但是丁烯二酸根据空间结构又分为顺丁烯二酸和反丁烯二酸，顺丁烯二酸无法与铁盐制备成为金属有机凝胶，本发明通过反丁烯二酸和铁盐的配位作用无需加入其他原料，一步制备了金属有机凝胶，制备方法简便。
[0008]优选的，其具体步骤为:
[0009](1)将反丁烯二酸粉末加入到乙醇中，加热搅拌使其溶解，得到反丁烯二酸乙醇溶液；
[0010](2)将铁盐固体加入至乙醇中，常温搅拌使其溶解，得到铁盐乙醇溶液；
[0011](3)将步骤(1)获得的反丁烯二酸乙醇溶液加入等体积的步骤(2)获得的铁盐乙醇溶液，静置，得到铁-反丁烯二酸金属有机凝胶。
[0012]进一步优选的，所述步骤(1)中温度为65-75°C。[〇〇13] 进一步优选的，所述步骤(1)的反丁烯二酸乙醇溶液的浓度为0.4±0.05mol/L。
[0014]进一步优选的，所述步骤(2)的铁盐为硝酸铁。
[0015]进一步优选的，所述步骤⑵的铁盐乙醇溶液的浓度为〇.2?0.8mol/L。
[0016]进一步优选的，所述步骤(3)静置时间为2-3小时。
[0017]—种上述制备方法制备的铁配位金属有机凝胶。
[0018]一种a-Fe2〇3纳米颗粒的制备方法，将上述铁配位金属有机凝胶干燥获得干凝胶， 然后将获得的干凝胶煅烧后即得a_Fe203纳米颗粒。
[0019]本发明以铁配位金属有机凝胶为原料，由于铁配位金属有机凝胶中不含其他杂质，无需后处理，简化了a-Fe203纳米颗粒的制备工艺，大大降低了生产成本。
[0020]优选的，其步骤为:
[0021](I)将铁配位金属有机凝胶放置于提前预热的真空干燥箱中干燥后获得干凝胶；
[0022]( n )将干凝胶放置于马弗炉中煅烧即得a-Fe2〇3纳米颗粒。[〇〇23] 进一步优选的，所述步骤(I)的干燥温度为50-60°C，干燥时间为24-36小时。[〇〇24]进一步优选的，所述步骤(11)升温速率为5°(:/111111，煅烧温度为500-700°(:，煅烧时间为2-3小时。
[0025]与现有技术相比，本发明的有益效果为:
[0026]1、本发明通过金属与羧酸的配位作用一步制备了金属有机凝胶，制备方法简便。
[0027]2、本发明以所制备的金属有机凝胶为原料，煅烧后制得了 a-Fe203纳米颗粒，方法简单，得到的a_Fe203纳米颗粒不含有其他杂质，不需要后期处理。【附图说明】
[0028]图1是制备的铁-反丁烯二酸金属有机凝胶照片(反丁烯二酸浓度为0.4摩尔/升， 自左至右，a?c硝酸铁的浓度依次为0.2摩尔/升、0.4摩尔/升、0.8摩尔/升)；
[0029]图2是实施例1制备的a-Fe203纳米颗粒的透射电镜图；
[0030]图3是实施例2制备的a-Fe203纳米颗粒的XRD衍射图谱。【具体实施方式】[〇〇31]下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步说明。[〇〇32] 实施例1:[〇〇33](1)取反丁烯二酸粉末，加入到乙醇溶液中，加热搅拌使其溶解，得到0.4mol/L的反丁烯二酸溶液。[〇〇34](2)取硝酸铁固体，加入到乙醇溶液中常温搅拌使其溶解，得到0.2mol/L的硝酸铁溶液；
[0035](3)将上述步骤制备的反丁烯二酸溶液和硝酸铁溶液等体积混合，静置2h，得到铁-反丁烯二酸金属有机凝胶，如图la所示；[〇〇36](4)将上述制备的铁-反丁烯二酸金属有机凝胶置于提前预热的50°C真空干燥箱中干燥24小时，得到铁-反丁烯二酸干凝胶；
[0037](5)将上述制备的铁-反丁烯二酸干凝胶置于马弗炉中，升温速率为5°C/min，升温至500°C煅烧2个小时得到a-Fe203纳米颗粒，其透射电镜图如图2所示。[〇〇38] 实施例2:[〇〇39](1)取反丁烯二酸粉末，加入到乙醇溶液中，加热搅拌使其溶解，得到0.4mol/L的反丁烯二酸溶液。
[0040](2)取硝酸铁固体，加入到乙醇溶液中常温搅拌使其溶解，得到0.2mo 1 /L的硝酸铁溶液；
[0041](3)将上述步骤制备的反丁烯二酸溶液和硝酸铁溶液等体积混合，静置，得到铁-反丁烯二酸金属有机凝胶；[〇〇42](4)将上述制备的铁-反丁烯二酸金属有机凝胶置于提前预热的50°C真空干燥箱中干燥24小时，得到铁-反丁烯二酸干凝胶；
[0043](5)将上述制备的铁-反丁烯二酸干凝胶置于马弗炉中，升温速率为5°C/min，升温至600°C煅烧2个小时得到a-Fe203纳米颗粒，其XRD衍射图谱如图3所示。
[0044]实施例3:[〇〇45](1)取反丁烯二酸粉末，加入到乙醇溶液中，加热搅拌使其溶解，得到0.4mol/L的反丁烯二酸溶液。[〇〇46](2)取硝酸铁固体，加入到乙醇溶液中常温搅拌使其溶解，得到0.2mo 1 /L的硝酸铁溶液；
[0047](3)将上述步骤制备的反丁烯二酸溶液和硝酸铁溶液等体积混合，静置，得到铁-反丁烯二酸金属有机凝胶；[〇〇48](4)将上述制备的铁-反丁烯二酸金属有机凝胶置于提前预热的50°C真空干燥箱中干燥24小时，得到铁-反丁烯二酸干凝胶；
[0049](5)将上述制备的铁-反丁烯二酸干凝胶置于马弗炉中，升温速率为5°C/min，升温至700°C煅烧2个小时得到a-Fe203纳米颗粒。
[0050]实施例4:[〇〇51](1)取反丁烯二酸粉末，加入到乙醇溶液中，加热搅拌使其溶解，得到〇.4mol/L的反丁烯二酸溶液。[〇〇52](2)取硝酸铁固体，加入到乙醇溶液中常温搅拌使其溶解，得到0.4mo 1 /L的硝酸铁溶液；[〇〇53](3)将上述步骤制备的反丁烯二酸溶液和硝酸铁溶液等体积混合，静置，得到铁-反丁烯二酸金属有机凝胶，如图lb所示；[〇〇54](4)将上述制备的铁-反丁烯二酸金属有机凝胶置于提前预热的50°C真空干燥箱中干燥24小时，得到铁-反丁烯二酸干凝胶；
[0055](5)将上述制备的铁-反丁烯二酸干凝胶置于马弗炉中，升温速率为5°C/min，升温至500°C煅烧2个小时得到a-Fe203纳米颗粒。[〇〇56] 实施例5:[〇〇57](1)取反丁烯二酸粉末，加入到乙醇溶液中，加热搅拌使其溶解，得到0.4mol/L的反丁烯二酸溶液。[〇〇58](2)取硝酸铁固体，加入到乙醇溶液中常温搅拌使其溶解，得到0.4mo 1 /L的硝酸铁溶液；
[0059](3)将上述步骤制备的反丁烯二酸溶液和硝酸铁溶液等体积混合，静置，得到铁-反丁烯二酸金属有机凝胶；
[0060](4)将上述制备的铁-反丁烯二酸金属有机凝胶置于提前预热的50°C真空干燥箱中干燥24小时，得到铁-反丁烯二酸干凝胶；
[0061](5)将上述制备的铁-反丁烯二酸干凝胶置于马弗炉中，升温速率为5°C/min，升温至600°C煅烧2个小时得到a-Fe203纳米颗粒。[〇〇62] 实施例6:[〇〇63](1)取反丁烯二酸粉末，加入到乙醇溶液中，加热搅拌使其溶解，得到0.4mol/L的反丁烯二酸溶液。[〇〇64](2)取硝酸铁固体，加入到乙醇溶液中常温搅拌使其溶解，得到0.4mo 1 /L的硝酸铁溶液；
[0065](3)将上述步骤制备的反丁烯二酸溶液和硝酸铁溶液等体积混合，静置，得到铁-反丁烯二酸金属有机凝胶；[〇〇66](4)将上述制备的铁-反丁烯二酸金属有机凝胶置于提前预热的50°C真空干燥箱中干燥24小时，得到铁-反丁烯二酸干凝胶；
[0067](5)将上述制备的铁-反丁烯二酸干凝胶置于马弗炉中，升温速率为5°C/min，升温至700°C煅烧2个小时得到a-Fe203纳米颗粒。[〇〇68] 实施例7:[〇〇69](1)取反丁烯二酸粉末，加入到乙醇溶液中，加热搅拌使其溶解，得到0.4mol/L的反丁烯二酸溶液。
[0070](2)取硝酸铁固体，加入到乙醇溶液中常温搅拌使其溶解，得到0.8mo 1 /L的硝酸铁溶液；
[0071](3)将上述步骤制备的反丁烯二酸溶液和硝酸铁溶液等体积混合，静置，得到铁-反丁烯二酸金属有机凝胶，如图1 c所示；[〇〇72](4)将上述制备的铁-反丁烯二酸金属有机凝胶置于提前预热的50°C真空干燥箱中干燥24小时，得到铁-反丁烯二酸干凝胶；
[0073](5)将上述制备的铁-反丁烯二酸干凝胶置于马弗炉中，升温速率为5°C/min，升温至500°C煅烧2个小时得到a-Fe203纳米颗粒。[〇〇74] 实施例8:[〇〇75](1)取反丁烯二酸粉末，加入到乙醇溶液中，加热搅拌使其溶解，得到0.4mol/L的反丁烯二酸溶液。[〇〇76](2)取硝酸铁固体，加入到乙醇溶液中常温搅拌使其溶解，得到0.8mo 1 /L的硝酸铁溶液；
[0077](3)将上述步骤制备的反丁烯二酸溶液和硝酸铁溶液等体积混合，静置，得到铁-反丁烯二酸金属有机凝胶；[〇〇78](4)将上述制备的铁-反丁烯二酸金属有机凝胶置于提前预热的50°C真空干燥箱中干燥24小时，得到铁-反丁烯二酸干凝胶；
[0079](5)将上述制备的铁-反丁烯二酸干凝胶置于马弗炉中，升温速率为5°C/min，升温至600°C煅烧2个小时得到a-Fe203纳米颗粒。
[0080]实施例9:[〇〇81](1)取反丁烯二酸粉末，加入到乙醇溶液中，加热搅拌使其溶解，得到〇.4mol/L的反丁烯二酸溶液。[〇〇82](2)取硝酸铁固体，加入到乙醇溶液中常温搅拌使其溶解，得到0.8mol/L的硝酸铁溶液；
[0083](3)将上述步骤制备的反丁烯二酸溶液和硝酸铁溶液等体积混合，静置，得到铁-反丁烯二酸金属有机凝胶；[〇〇84](4)将上述制备的铁-反丁烯二酸金属有机凝胶置于提前预热的50°C真空干燥箱中干燥24小时，得到铁-反丁烯二酸干凝胶；
[0085](5)将上述制备的铁-反丁烯二酸干凝胶置于马弗炉中，升温速率为5°C/min，升温至700°C煅烧2个小时得到a-Fe203纳米颗粒。
[0086]对比例[〇〇87](1)取顺丁烯二酸粉末，加入到乙醇溶液中，加热搅拌使其溶解，得到0.4mol/L的顺丁烯二酸溶液。[〇〇88](2)取硝酸铁固体，加入到乙醇溶液中常温搅拌使其溶解，得到0.2mol/L的硝酸铁溶液；[〇〇89](3)将上述步骤制备的顺丁烯二酸溶液和硝酸铁溶液等体积混合，静置2h，无法得到金属有机凝胶。
[0090]上述虽然结合附图对本发明的【具体实施方式】进行了描述，但并非对发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围内。
【主权项】
1.一种铁配位金属有机凝胶的制备方法，其特征是，将反丁烯二酸和铁盐加入至乙醇 中分别制备成反丁烯二酸乙醇溶液和铁盐乙醇溶液，再将反丁烯二酸乙醇溶液和铁盐乙醇 溶液混合后静置获得铁-反丁烯二酸金属有机凝胶，即为铁配位金属有机凝胶。2.如权利要求1所述的一种铁配位金属有机凝胶的制备方法，其特征是，其具体步骤 为:(1)将反丁烯二酸粉末加入到乙醇中，加热搅拌使其溶解，得到反丁烯二酸乙醇溶液；(2)将铁盐固体加入至乙醇中，常温搅拌使其溶解，得到铁盐乙醇溶液；(3)将步骤(1)获得的反丁烯二酸乙醇溶液加入等体积的步骤(2)获得的铁盐乙醇溶 液，静置，得到铁-反丁烯二酸金属有机凝胶。3.如权利要求2所述的一种铁配位金属有机凝胶的制备方法，其特征是，所述步骤(1) 中温度为65-75°C;所述步骤(1)的反丁烯二酸乙醇溶液的浓度为〇.4±0.05mol/L。4.如权利要求2所述的一种铁配位金属有机凝胶的制备方法，其特征是，所述步骤(2) 的铁盐为硝酸铁；所述步骤(2)的铁盐乙醇溶液的浓度为0.2?0.8mol/L。5.如权利要求2所述的一种铁配位金属有机凝胶的制备方法，其特征是，所述步骤(3) 静置时间为2_3小时。6.—种如权利要求1-5任一所述的制备方法制备的铁配位金属有机凝胶。7.—种a-Fe203纳米颗粒的制备方法，其特征是，将权利要求6所述的铁配位金属有机凝 胶干燥获得干凝胶，然后将获得的干凝胶煅烧后即得a_Fe203纳米颗粒。8.如权利要求7所述的一种a-Fe2〇3纳米颗粒的制备方法，其特征是，其步骤为:(I)将铁配位金属有机凝胶放置于提前预热的真空干燥箱中干燥后获得干凝胶；(II )将干凝胶放置于马弗炉中煅烧即得a-Fe203纳米颗粒。9.如权利要求8所述的一种a-Fe203纳米颗粒的制备方法，其特征是，所述步骤(I)的干 燥温度为50-60°C，干燥时间为24-36小时。10.如权利要求8所述的一种a-Fe203纳米颗粒的制备方法，其特征是，所述步骤(II )升 温速率为5°C/min，煅烧温度为500-700°C，煅烧时间为2-3小时。
【文档编号】B82Y40/00GK106008610SQ201610323782
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年5月16日
【发明人】郝京诚, 隋剑飞, 宋爱新
【申请人】山东大学