专利名称：一种三维花状结构α型三氧化二铁的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种无机非金属材料三氧化二铁，尤其是涉及一种三维花状结构α型三氧化二铁的制备方法。
背景技术：
α型三氧化二铁是一种重要的金属氧化物，具有η型半导体的特性，其带隙宽度为2. 2eV在可见光区具有很强的吸收，加之成本低廉，使其在闪光涂料、塑料、电子、磁记录材料、催化剂以及生物医学工程等方面有广泛的应用。另外，由于其具较高的气敏性，三氧化二铁还可用于检测空气中的可燃气体和有毒气体。材料的尺寸、形貌、结构对其相关的性能有较大的影响。制备具特定结构的三氧化 二铁及研究其相关性能和应用已成为目前较为活跃的研究领域。相关文献报道了不同维度、形貌和结构的三氧化二铁，如纳米棒、纳米管、纳米环、空心微球等。大多数已公开的文献报道都集中在三氧化二铁单体形貌的调控，而通过单体自组装形成复杂的组装体则较少涉及。由于很多组装体表现出与组装单元截然不同的性质，因此研究复杂的组装体对于拓宽材料的应用领域十分必须。
发明内容
本发明的目的旨在提供一种三维花状结构α型三氧化二铁的制备方法，该三维花状结构是由二维花瓣状三氧化二铁经自组装过程获得。该方法制备出来的颗粒分散性好，尺寸分布均一且具有优越的磁性能。本发明采用铁氰化钾为起始原料，通过水热反应，在一定的温度及时间下制备得到三维花状结构α型三氧化二铁，该三维花状结构是由二维花瓣状三氧化二铁经自组装过程获得，具有比单体更大的比表面积。该方法条件温和，工艺简单，合成的颗粒尺寸均一，分布均匀，且具有优越的磁性能。本发明包括以下步骤I)分别配制铁氰化钾溶液和氢氧化钠溶液再混合，得混合液；2)在液中加入尿素，得淡黄色澄清溶液；3)将步骤2)所得的淡黄色澄清溶液转移至反应釜中，密封并升温反应，产物冷却至室温后，将釜底沉淀物离心分离后洗涤，干燥，即得三维花状α型三氧化二铁。在步骤I)中，所述铁氰化钾溶液和氢氧化钠溶液混合，可以是两者等体积混合；所述混合液中铁氰化钾的摩尔浓度可为O. 05、. 10Μ，氢氧化钠的摩尔浓度可为O. 10 0· 15Μ。在步骤2)中，所述尿素的摩尔浓度可为O. 16^0. 32Μ。在步骤3)中，所述升温反应的条件可为在密封条件下，升温至180°C反应；反应的时间可为12 24h ；所述洗涤，可依次采用无水乙醇和去离子水洗涤至少I次；所述干燥的温度可为6(T80°C，干燥的时间可为8 12h。本发明所制得的三维花状结构a型三氧化二铁具有产量大，分散性好，尺寸分布均一，磁性能优越等特点。同时，本发明中涉及的三维花状结构a型三氧化二铁是由二维花瓣状三氧化二铁经自组装过程获得的，其性质不同于组装单元。
图I为实施例I制备的三维花状结构a型三氧化二铁的X射线衍射谱图。在图I中，横坐标为衍射角2 0 (deg.)，纵坐标为衍射强度Intensity (a. u.);从左至右，衍射峰依次为 012，104，110,202,024,116，122,214,300,1010 晶面。图2为实施例I制备的三维花状结构a型三氧化二铁的扫描电镜图片。在图2中，(a)标尺为I U m ； (b)标尺为20nm ； (c)标尺为IOnm,晶格间距d为0. 27nm。 图3为实施例I制备的三维花状结构a型三氧化二铁的透射电镜图片。在图3中，Ca)为低倍率，标尺为3iim ;(b)为高倍率，标尺为I U m。图4为实施例I制备的三维花状结构a型三氧化二铁的磁滞回线图。在图4中，横坐标为外加磁场H (Oe),纵坐标为饱和磁化量M (emu/g)。图5为实施例I制备的三维花状结构a型三氧化二铁在不同阶段的形貌示意图。
具体实施例方式实施例I :(I)称取0. 33g (约Immol)的铁氰化钾，将其溶于IOmL的去离子水中，搅拌使其充分溶解；配制IOmL 0. 12g (3mmol)的氢氧化钠溶液，并将其与铁氰化钾溶液混匀。混合液中铁氰化钾的浓度为0. 05M，氢氧化钠的浓度为0. 15M。(2)往混合液中加入0. 384g (约6. 4mmol)的尿素，搅拌使其充分溶解,得淡黄色澄清溶液。混合液中尿素的浓度为0. 32M。(3)将上述黄色澄清溶液转移至容量为50mL的聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中，密封并升温至180°C保温12h。(4)待反应完全后自然冷却至室温，将釜底沉淀物离心分离，并用无水乙醇及去离子水洗涤2 3次，将所得产物置于60°C干燥12h，即得尺寸约为5 ii m的三维花状结构的
a型三氧化二铁。图I为该实施例条件下制备的产物的X射线衍射谱图。将图I中的主要衍射峰所对应的晶面间距和衍射峰相对强度与PDF卡片24-0072号一一比对，可确定该产物为纯净的a-Fe2O3赤铁矿。图2为该实施例条件下制备的产物的扫描电镜形貌图。由图2可见，制备的a-Fe2O3颗粒分散性良好，大小约为reym。高倍率下的扫描电镜图可见所得的花状结构是由诸多类似花瓣的板状结构自组装而成，微板尺寸约为2 iim，厚度在300nm左右。图3为该实施例条件下制备的产物的透射电镜形貌图。由图3可见，制备的单个花状结构的a -Fe2O3颗粒大小约为5 u m。高分辨像观察到的晶格间距为0. 27nm,对应于a -Fe2O3颗粒的(104)晶面。图4为该实施例条件下制备的产物的磁滞回线图。由图4可见，制备的a-Fe203颗粒的剩磁和矫顽力分别为O. 047emu/g和1415. 360e。图5为该实施例条件下制备的产物在不同阶段形貌的示意图。由图5可见，制备的三维花状结构的三氧化二铁是由二维花瓣状三氧化二铁经自组装过程获得的。实施例2 (I)称取O. 33g (约Immol)的铁氰化钾，将其溶于IOmL的去离子水中，搅拌使其充分溶解；配制IOmL O. 08g (2mmol)的氢氧化钠溶液，并将其与铁氰化钾溶液混匀。混合液中铁氰化钾的浓度为O. 05M，氢氧化钠的浓度为O. IOM0(2)同实施例I。(3)上述黄色澄清溶液转移至容量为50mL的聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中，密封并升温至180°C保温16h。
(4)同实施例I。实施例3 (I)同实施例I。(2)往混合液中加入O. 192g (约3. 2mmol)的尿素，搅拌使其充分溶解,得淡黄色澄清溶液。混合液中尿素的浓度为O. 16M。(3)将上述黄色澄清溶液转移至容量为50mL的聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中，密封并升温至180°C保温16h。(4)同实施例I。实施例4 (I)同实施例I。(2)往混合液中加入O. 288g (4. 8mmol)的尿素，搅拌使其充分溶解，得淡黄色澄清溶液。混合液中尿素的浓度为O. 24M。(3)同实施例I。(4)待反应完全后自然冷却至室温，将釜底沉淀物离心分离，并用无水乙醇及去离子水洗涤2 3次，将所得产物置于60°C干燥10h。
权利要求
1.一种三维花状结构α型三氧化二铁的制备方法，其特征在于包括以下步骤 O分别配制铁氰化钾溶液和氢氧化钠溶液再混合，得混合液； 2)在液中加入尿素，得淡黄色澄清溶液； 3)将步骤2)所得的淡黄色澄清溶液转移至反应釜中，密封并升温反应，产物冷却至室温后，将釜底沉淀物离心分离后洗涤，干燥，即得三维花状α型三氧化二铁。
2.如权利要求I所述的一种三维花状结构α型三氧化二铁的制备方法，其特征在于在步骤I)中，所述铁氰化钾溶液和氢氧化钠溶液混合，是两者等体积混合。
3.如权利要求I所述的一种三维花状结构α型三氧化二铁的制备方法，其特征在于在步骤I)中，所述混合液中铁氰化钾的摩尔浓度为O. 05、. 10Μ，氢氧化钠的摩尔浓度为O.10 0· 15Μ。
4.如权利要求I所述的一种三维花状结构α型三氧化二铁的制备方法，其特征在于在步骤2)中，所述尿素的摩尔浓度为O. 16^0. 32Μ。
5.如权利要求I所述的一种三维花状结构α型三氧化二铁的制备方法，其特征在于在步骤3)中，所述升温反应的条件为在密封条件下，升温至180°C反应；反应的时间为12 24h。
6.如权利要求I所述的一种三维花状结构α型三氧化二铁的制备方法，其特征在于在步骤3)中，所述洗涤，是依次采用无水乙醇和去离子水洗涤至少I次。
7.如权利要求I所述的一种三维花状结构α型三氧化二铁的制备方法，其特征在于在步骤3)中，所述干燥的温度为6(T80°C，干燥的时间为8 12h。
全文摘要
一种三维花状结构α型三氧化二铁的制备方法，涉及一种无机非金属材料三氧化二铁。提供一种三维花状结构α型三氧化二铁的制备方法，该三维花状结构是由二维花瓣状三氧化二铁经自组装过程获得。该方法制备出来的颗粒分散性好，尺寸分布均一且具有优越的磁性能。1)分别配制铁氰化钾溶液和氢氧化钠溶液再混合，得混合液；2)在液中加入尿素，得淡黄色澄清溶液；3)将步骤2)所得的淡黄色澄清溶液转移至反应釜中，密封并升温反应，产物冷却至室温后，将釜底沉淀物离心分离后洗涤，干燥，即得三维花状α型三氧化二铁。
文档编号B82Y30/00GK102826612SQ20121036290
公开日2012年12月19日 申请日期2012年9月24日 优先权日2012年9月24日
发明者王周成, 梁汉锋 申请人:厦门大学