一种单分散纳米α相三氧化二铁单晶的可控制备方法
【专利摘要】本发明涉及一种单分散纳米α相三氧化二铁单晶的可控制备方法,过程为：配置质量浓度为0.8～8％的可溶性三价铁盐水溶液；油浴加热上述水溶液，保温0.5～2h；搅拌下向上述水溶液中加入一定量的水合肼后，油浴温度升至100～120℃，保温4～12h；将得到的沉淀在一定温度烘干3～12h。本发明以可溶性三价铁盐、水合肼为原料，在水体系中通过一锅法得到α相三氧化二铁纳米材料，通过改变三价铁和水合肼两者的摩尔比1︰2～1.6，可制备颗粒均匀、粒径分布可控、形貌可控、单分散的α相三氧化二铁纳米材料。该纳米材料制备技术具有制备成本低、能耗小、设备简单等优点，易实现工业化生产。
【专利说明】一种单分散纳米α相三氧化二铁单晶的可控制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于纳米材料制备【技术领域】，涉及一种单分散纳米α相三氧化二铁单晶 的可控制备方法，属于湿化学法制备α相三氧化二铁纳米材料的技术。 技术背景
[0002] 纳米晶体是现代科学与技术的基础。一般而言，纳米晶的性质及其应用范围受其 形貌和大小影响，这主要归因于纳米晶的形貌和大小决定了其表面原子配位和排列以及表 面晶体结构（Hu J, etal. 5bie/?ce>, 2001，292(5524): 2060-2063·)。因而，大量的工作 投入到了如何精确控制纳米晶的几何形貌和大小。α相三氧化二铁（a-Fe20 3)作为一种重 要的热稳定的半导体铁氧体(其带宽Eg = 2. 1-2.2 eV)，具有耐腐蚀、无毒、分布广以及价 格低廉等优势，已经在催化、传感、信息存储、锂离子电池、水处理、水分解以及颜料等应用 领域得到了广泛关注。过去的十年内，具有不同大小、形貌以及多级结构的α相三氧化二 铁纳米晶，诸如棒、线、管、带、环、片、立方体、多面体以及其他三维多级结构等等都已经见 报道。然而，截止目前还未见采用一种常压、温和的湿化学方法可制备粒径分布/形貌可控 的单分散α相三氧化二铁纳米材料。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的在于解决现有技术存在的问题，提供一种粒径分布及形貌可控、单 分散纳米α相三氧化二铁单晶的制备方法。
[0004] 本发明以可溶性三价铁盐为铁源、水合肼提供碱性条件，常压、温和条件下一锅法 制备了具有粒径分布/形貌可控、单分散的α相三氧化二铁纳米单晶材料。
[0005] -种单分散纳米α相三氧化二铁单晶的制备方法，其特征在于步骤如下： (1) 配置质量浓度为〇. 8?8 %的可溶性三价铁盐水溶液； (2) 利用80°C油浴加热在玻璃反应器中的可溶性三价铁盐水溶液，保温0. 5?2 h ; (3) 搅拌下向上述可溶性三价铁盐水溶液中加入一定量的水合肼(三价铁和水合肼两 者的摩尔比1 : 2?1.6)后，以升温速率为5?10 °C/min的速率将油浴温度升至100? 120°C，保温 4 ?12 h ; (4) 将得到的沉淀在60?100 °C烘干3?12h。
[0006] 进一步的，所述三价铁盐水溶液采用的金属盐为氯化铁、硫酸铁、硝酸铁或乙酸 铁，所述水合肼包括肼、肼的水合化合物以及不同溶度的水合肼水溶液。
[0007] 进一步的，三价铁盐水溶液和水合肼两者的摩尔比1 : 2?1. 6。
[0008] 进一步的，采用的容器指普通玻璃烧瓶，填充度为60 %?80 %。
[0009] 进一步的，α相三氧化二铁纳米材料为单晶。
[0010] 进一步的，通过改变三价铁盐水溶液和水合肼的摩尔比，α相三氧化二铁纳米材 料的形状可从纺锤体向椭球体、圆球体逐渐变化。
[0011] 进一步的，通过改变初始原材料的量，可控制α相三氧化二铁纳米材料的粒径大 小为60?300 nm。
[0012] 本发明的优点如下：采用一锅法在常压下，温和条件合成粒径分布及形貌可控、单 分散纳米α相三氧化二铁单晶的制备方法，纳米材料制备技术具有制备成本低、能耗小、 设备简单等优点，易实现工业化生产。
【专利附图】
【附图说明】
[0013] 图1为本发明中制备的样品的X射线衍射图。
[0014] 图2为本发明中实施例1中样品的扫描电子显微镜图。
[0015] 图3为本发明中实施例2中样品的扫描电子显微镜图。
[0016] 图4为本发明中实施例3中样品的扫描电子显微镜图。
[0017] 图5为本发明中实施例1中样品的透射电子显微镜图。
[0018] 图6为本发明中实施例1中样品的选区电子衍射图。
【具体实施方式】
[0019] 概括而言，本发明的制备方法如下： (1) 配置质量浓度为〇. 8?8 %的可溶性三价铁盐水溶液； (2) 利用80°C油浴加热在玻璃反应器中的可溶性三价铁盐水溶液，保温0. 5?2h ; (3) 搅拌下向上述可溶性三价铁盐水溶液中加入一定量的水合肼(三价铁和水合肼两 者的摩尔比1 : 2?1.6)后，以升温速率为5?10 °C/min的速率将油浴温度升至100? 120°C，保温 4 ?12 h ; (4) 将得到的沉淀在60?100 °C烘干3?12h，可获得粒径处于6(T200 nm范围的α 相二氧化二铁纳米单晶材料。
[0020] 下面以氯化铁制备的纳米α相三氧化二铁单晶为例来说明如何实施本发明，本 发明不限于这些实施例。
[0021] 实施例1 :在500 ml圆底烧瓶中加入400 ml质量比为0. 8 %的氯化铁水溶液，利 用80°C油浴加热氯化铁水溶液，保温0.5 h;随后，在搅拌的条件下加入2 ml 80%的水合肼 水溶液，以以5°C /min的速率将油浴升温至105°C下回流反应6 h ;将得到的砖红色沉淀收 集后80 °C干燥6 h。扫描电子显微镜观察发现，制备的α相三氧化二铁为纺锤形，主要尺 寸为300 nm Χ90 nm，呈现单分散态(见图2);透射电镜显微镜观察到的形貌同扫描电子显 微镜一致，其单个纳米材料的选取电子衍射的证实材料为单晶。
[0022] 实施例2 :在1000 ml圆底烧瓶中加入800 ml质量比为4 %的氯化铁水溶液，利 用80°C油浴加热氯化铁水溶液，保温2 h ;随后，在搅拌的条件下加入18 ml 80%的水合肼 水溶液，以以5°C /min的速率将油浴升温至105°C下回流反应6 h ;将得到的砖红色沉淀收 集后80 °C干燥6 h。扫描电子显微镜观察发现，制备的α相三氧化二铁为椭球形，主要尺 寸为200 nmX 120 nm，呈现单分散态（见图3)。
[0023] 实施例3 :在5000 ml圆底烧瓶中加入4000 ml质量比为8 %的氯化铁水溶液，利 用80°C油浴加热氯化铁水溶液，保温2 h;随后，在搅拌的条件下加入168 ml 80%的水合肼 水溶液，以以5°C /min的速率将油浴升温至105°C下回流反应6 h ;将得到的砖红色沉淀收 集后80 °C干燥6 h。扫描电子显微镜观察发现，制备的α相三氧化二铁为椭球形，主要尺 寸为100 nmX 100 nm，呈现单分散态(见图4)。
[0024] 实施例4 :在5000 ml圆底烧瓶中加入4000 ml质量比为8 %的氯化铁水溶液，利 用80°C油浴加热氯化铁水溶液，保温2 h;随后，在搅拌的条件下加入160 ml 80%的水合肼 水溶液，以以5°C /min的速率将油浴升温至105°C下回流反应6 h ;将得到的砖红色沉淀收 集后80 °C干燥6 h。扫描电子显微镜观察发现，制备的α相三氧化二铁为椭球形，主要尺 寸为90 nmX90 nm，呈现单分散态。
[0025] 实施例5 :在5000 ml圆底烧瓶中加入4000 ml质量比为8 %的氯化铁水溶液，利 用80°C油浴加热氯化铁水溶液，保温2 h;随后，在搅拌的条件下加入160 ml 80%的水合肼 水溶液，以以5°C /min的速率将油浴升温至120°C下回流反应6 h ;将得到的砖红色沉淀收 集后80 °C干燥6 h。扫描电子显微镜观察发现，制备的α相三氧化二铁为椭球形，主要尺 寸为60 nmX60 nm，呈现单分散态。
【权利要求】
1. 一种单分散纳米α相三氧化二铁单晶的可控制备方法，其特征在于包括以下过程： (1) 配置质量浓度为〇. 8?8%的可溶性三价铁盐水溶液； (2) 利用80°C油浴加热可溶性三价铁盐水溶液，保温0. 5?2 h ; (3) 搅拌下向可溶性三价铁盐水溶液中加入一定量的水合肼后，以升温速率为5?10 °C /min的速率将油浴温度升至100?120°C，保温4?12 h ; (4) 将得到的沉淀在60?100 °C烘干3?12h。
2. 根据权利要求1所述的一种单分散纳米α相三氧化二铁单晶的可控制备方法，其特 征在于：所述三价铁盐水溶液采用的金属盐为氯化铁、硫酸铁、硝酸铁或乙酸铁，所述水合 肼包括肼、肼的水合化合物以及不同溶度的水合肼水溶液。
3. 根据权利要求1或2所述的一种单分散纳米α相三氧化二铁单晶的可控制备方法， 其特征在于：三价铁盐水溶液和水合肼两者的摩尔比1 : 2?1. 6。
4. 权利要求1所述的一种单分散纳米α相三氧化二铁单晶的可控制备方法，其特征在 于：采用的容器指普通玻璃烧瓶，填充度为60 %?80 %。
5. 根据权利要求1所述的一种单分散纳米α相三氧化二铁单晶的可控制备方法，其特 征在于：α相三氧化二铁纳米材料为单晶。
6. 根据权利要求1所述的一种单分散纳米α相三氧化二铁单晶的可控制备方法，其特 征在于：通过改变三价铁盐水溶液和水合肼的摩尔比，α相三氧化二铁纳米材料的形状可 从纺锤体向椭球体、圆球体逐渐变化。
7. 根据权利要求1所述的一种单分散纳米α相三氧化二铁单晶的可控制备方法，其 特征在于：通过改变初始原材料的量，可控制α相三氧化二铁纳米材料的粒径大小为60? 300 nm〇
【文档编号】C30B29/16GK104195627SQ201410421116
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年8月26日 优先权日:2014年8月26日
【发明者】陈德志, 权红英, 曹群, 罗旭彪, 罗胜联 申请人:南昌航空大学