专利名称：二氧化硅包裹氧化铁的方法
技术领域：
本发明涉及一种二氧化硅包裹氧化铁的方法。
背景技术：
因为没有毒性、廉价及相对的稳定性，氧化铁在磁性记录媒介、催化剂、气体传感 器、颜料、光学器件、可再充电电池及电磁器件等方面具有广泛的应用而成为目前热门
研究课题之一。为了氧化铁的稳定性和扩展氧化铁的应用，已有许多诸如微乳法[s.
Santra, R. Tapec， N, Theodoropoulou， J， Dobson， A, Hebard， W， Tan，丄a"g腦z'/", 2001， 17， 2900]，分子模板法[P. Wu， J. Zhu, Z. Xu,爿c/v.Afa加2004,14， 345]，改良SWber法 [Y. Lu, Y. Yin, B. T. .Mayers, Y. Xia， Mmo.2002， 2， 183]、 [L. Hao, C. Zhu, W,Q. Jiang， C,N. Chen， Y. Hu, Z.陽Y. Chen, / Mato: C7^肌2004， 14,2929]、 [C. Yang， G. Wang, Z. Lu， J. Sun， J. Zhuang, W. Yang, / Afo^: 2005,15,4252]、 [Y,S. Han, G,Y. Jeong， S.-Y. Lee，
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发明内容
发明目的本发明的目的是提供一种二氧化硅包裹氧化铁的方法，以克服上述团聚、 变形的球形、多分散性等局限性。
技术方案本发明采用了一种新的水/聚乙烯吡咯烷酮/正戊醇体系，利用该体系中 聚乙烯吡咯烷酮对水的束缚和对氧化铁的良好吸附作用，可将正硅酸乙酯的水解反应局 域于氧化铁的表面，从而实现了二氧化硅对氧化铁的均匀包裹。
本发明的二氧化硅包裹氧化铁的方法，包括以下步骤
1、 将氧化铁颗粒均匀分散在醇和氨水的混合溶液中，氨水占醇氨混合液的质量百 分比为10~50%，氨水中含氨的质量百分比为25~28%，氧化铁颗粒与醇氨混合液的质量 比为0.025-2.5 :100;
2、 将步骤1所得的氧化铁悬浮液在搅拌条件下加入到聚乙烯吡咯烷酮的正戊醇溶 液中，继续搅拌15分钟 1小时，聚乙烯吡咯烷酮占聚乙烯吡咯烷酮的正戊醇的质量百 分比为0.3-2%，氧化铁悬浮液和聚乙烯吡咯垸酮的正戊醇溶液的质量比为5~24 : 100;
3、 将正硅酸乙酯的醇溶液在搅拌条件下加入到步骤2所得的反应液中，继续搅拌
6~24小时，正硅酸乙酯与占正硅酸乙酯的醇溶液的质量百分比为10~50%，正硅酸乙酯 和步骤1中所用的氧化铁颗粒的质量比为0. 5~200 : 1;
4、将反应液离心后，去除液体部分，得二氧化硅包裹的氧化铁颗粒。
其中，步骤l中所述的醇为甲醇、乙醇或丙醇。
其中，步骤3中所述的醇为甲醇、乙醇或丙醇。
其中，步骤3中，通过增大正硅酸乙酯和氧化铁颗粒的质量比可以连续地增加二氧 化硅的层厚，见表l。
_表1正硅酸乙酯和氧化铁颗粒的质量比与二氧化硅的层厚的关系_
正硅酸乙酯和氧化铁颗粒的质量比_二氧化硅的层厚(纳米)_
1.2:1 10 12.4 : 1 60 18.7:1 '80 186.7 : 1 200
有益效果本发明与现有技术相比，具有以下突出优点
1、 本发明成功地克服了现有技术中的二氧化硅包裹氧化铁方法中常见的团聚、变 形的球形、多分散性、额外的表面处理等局限性，实现了氧化铁的均匀包裹。
2、 本发明所得的氧化铁-二氧化硅复合粒子的二氧化硅层厚可在10-200纳米范围内 调节。
3、 本发明所制备的氧化铁-二氧化硅复合球形粒子由于具有较优的单分散性和球形 而被首次成功地组装成光子晶体。图2即可证明，所制得的蛋白石结构晶体具有明显的
光子晶体带隙，充分显示了本方法所制得的氧化铁-二氧化硅复合球形粒子具有较好的 单分散性和球形。
4、 本发明可以实现大规模工业生产。
5、 本发明工艺简单，对设备要求很低，生产成本低廉。
图1为球形氧化铁粒子被包上10纳米(a) ， 60纳米(b) ， 80纳米(c)，及 200纳米(d)厚的二氧化硅的复合粒子的透射电子显微镜图。
图2 (a)为图1 (b)所示的复合粒子(即球形氧化铁粒子被包上60纳米厚的二氧 化硅)所组装成的蛋白石结构晶体的扫描电子显微镜图。
图2 (b)为图1 (c)所示的复合粒子(即球形氧化铁粒子被包上80纳米厚的二氧
化硅)所组装成的蛋白石结构晶体的扫描电子显微镜图。
图2 (c)为蛋白石结构晶体的透射光谱图，其中曲线1为图2 (a)所示晶体的透 射光谱，曲线2为图2 (b)所示晶体的透射光谱。
具体实施方式
实施例1:
将氧化铁颗粒均匀分散在乙醇和氨水(氨水中含氨的质量百分比为25~28%)的混 合溶液中，氨水占醇氨混合液的质量百分比为20%，氧化铁颗粒与醇胺混合液的质量百 分比为0.47 : 100;然后将所得氧化铁悬浮液在搅拌条件下加入到聚乙烯吡咯垸酮的正戊 醇溶液中，聚乙烯吡咯垸酮占聚乙烯吡咯烷酮的正戊醇的质量百分比为1.25%，氧化铁 悬浮液和聚乙烯吡咯烷酮的正戊醇溶液的质量比为20:100;搅拌30分钟后，向以上所 得的反应液中再加入正硅酸乙酯的乙醇溶液，正硅酸乙酯与占正硅酸乙酯的乙醇溶液的 质量百分比为20%，正硅酸乙酯和氧化铁颗粒的质量比控制为1.2 : 1;继续搅拌12小 时，将所得反应溶液离心后，去除液体部分，即得二氧化硅包裹的氧化铁颗粒，其透射 电子显微镜图见图la。 实施例2:
将氧化铁颗粒均匀分散在乙醇和氨水(氨水中含氨的质量百分比为25~28%)的混 合溶液中，氨水占醇氨混合液的质量百分比为20%，氧化铁颗粒与醇胺混合液的质量百 分比为0.03 : IOO;然后将所得氧化铁悬浮液在搅拌条件下加入到聚乙烯吡咯烷酮的正戊 醇溶液中，聚乙烯吡咯烷酮占聚乙烯吡咯烷酮的正戊醇的质量百分比为1.25%,氧化铁 悬浮液和聚乙烯吡咯烷酮的正戊醇溶液的质量比为20:100;搅拌30分钟后，向以上所 得的反应液中再加入正硅酸乙酯的乙醇溶液，正硅酸乙酯与占正硅酸乙酯的乙醇溶液的 质量百分比为20%，正硅酸乙酯和氧化铁颗粒的质量比控制为186.7 : 1;继续搅拌12 小时，将所得反应溶液离心后，去除液体部分，即得二氧化硅包裹的氧化铁颗粒，其透 射电子显微镜图见图ld。 实施例3:
将氧化铁颗粒均匀分散在甲醇和氨水(氨水中含氨的质量百分比为25~28%)的混 合溶液中，氨水占醇氨混合液的质量百分比为10%，氧化铁颗粒与醇胺混合液的质量百 分比为0.025 : 100;然后将所得氧化铁悬浮液在搅拌条件下加入到聚乙烯吡咯垸酮的正 戊醇溶液中，聚乙烯吡咯垸酮占聚乙烯吡咯垸酮的正戊醇的质量百分比为0.3%，氧化 铁悬浮液和聚乙烯吡咯烷酮的正戊醇溶液的质量比为5 : 100;搅拌15分钟后，向以上 所得的反应液中再加入正硅酸乙酯的甲醇溶液，正硅酸乙酯与占正硅酸乙酯的甲醇溶液
的质量百分比为10%，正硅酸乙酯和氧化铁颗粒的质量比控制为0.5:1;继续搅拌6小
时，将所得反应溶液离心后，去除液体部分，即得二氧化硅包裹的氧化铁颗粒。 实施例4:
将氧化铁颗粒均匀分散在丙醇和氨水(氨水中含氨的质量百分比为25~28%)的混 合溶液中，氨水占醇氨混合液的质量百分比为50%，氧化铁颗粒与醇胺混合液的质量百 分比为2.5 : 100;然后将所得氧化铁悬浮液在搅拌条件下加入到聚乙烯吡咯烷酮的正戊 醇溶液中，聚乙烯吡咯垸酮占聚乙烯吡咯垸酮的正戊醇的质量百分比为2%，氧化铁悬 浮液和聚乙烯吡咯烷酮的正戊醇溶液的质量比为24 : 100;搅拌1小时后，向以上所得 的反应液中再加入正硅酸乙酯的甲醇溶液，正硅酸乙酯与占正硅酸乙酯的甲醇溶液的质 量百分比为50%，正硅酸乙酯和氧化铁颗粒的质量比控制为200 : 1;继续搅拌24小时， 将所得反应溶液离心后，去除液体部分，即得二氧化硅包裹的氧化铁颗粒。
权利要求
1、一种二氧化硅包裹氧化铁的方法，其特征在于该方法包括以下步骤(1)将氧化铁颗粒均匀分散在醇和氨水的混合溶液中，氨水占醇氨混合液的质量百分比为10～50％，氨水中含氨的质量百分比为25～28％，氧化铁颗粒与醇氨混合液的质量比为0.025～2.5∶100；(2)将步骤(1)所得的氧化铁悬浮液在搅拌条件下加入到聚乙烯吡咯烷酮的正戊醇溶液中，继续搅拌15分钟～1小时，聚乙烯吡咯烷酮占聚乙烯吡咯烷酮的正戊醇的质量百分比为0.3～2％，氧化铁悬浮液和聚乙烯吡咯烷酮的正戊醇溶液的质量比为5～24∶100；(3)将正硅酸乙酯的醇溶液在搅拌条件下加入到步骤(2)所得的反应液中，继续搅拌6～24小时，正硅酸乙酯与占正硅酸乙酯的醇溶液的质量百分比为10～50％，正硅酸乙酯和步骤(1)中所用的氧化铁颗粒的质量比为0.5～200∶1；(4)将反应液离心后，去除液体部分，得二氧化硅包裹的氧化铁颗粒。
2、 根据权利要求1所述的二氧化硅包裹氧化铁的方法，其特征在于步骤(1)中所 述的醇为甲醇、乙醇或丙醇。
3、 根据权利要求1所述的二氧化硅包裹氧化铁的方法，其特征在于步骤(3)中所 述的醇为甲醇、乙醇或丙醇。
全文摘要
本发明公开了一种二氧化硅包裹氧化铁的方法，包括以下步骤将氧化铁颗粒均匀分散在醇和氨水的混合溶液中；然后在搅拌条件下加入到聚乙烯吡咯烷酮的正戊醇溶液中，继续搅拌15分钟～1小时；将正硅酸乙酯的醇溶液在搅拌条件下加入到上述反应液中，继续搅拌6～24小时；将反应液离心后，去除液体部分，得二氧化硅包裹的氧化铁颗粒。本发明利用聚乙烯吡咯烷酮对水的束缚和对氧化铁的良好吸附作用，成功地将正硅酸乙酯的水解反应局域于氧化铁的表面，从而实现了对氧化铁的均匀二氧化硅包裹。二氧化硅的层厚可以通过简单地增加正硅酸乙酯和氧化铁颗粒的质量比来连续地增加。本发明具有成本低廉、操作简单，无需复杂设备、可大批量快速生产等优点。
文档编号C09C3/06GK101186762SQ20071019093
公开日2008年5月28日 申请日期2007年12月3日 优先权日2007年12月3日
发明者刘淮涌, 王振林, 章建辉, 闵乃本 申请人:南京大学