一种纳米α-Fe金属粉的制备方法
【专利摘要】本发明涉及一种纳米α?Fe金属粉的制备方法，该方法包括以下步骤：⑴将三氯化锑加入到油胺溶液中，搅拌混合均匀，在室温下搅拌并在惰性气体氮气的保护下加热、保温，保温结束后，得到白色浑浊液；⑵将油胺加入到另一个三颈烧瓶中，在室温下搅拌并在惰性气体氮气的保护下加热、保温，保温结束后，在该温度下快速注入五羰基铁保温，保温结束后，再快速注入所述白色浑浊液，继续保温后自然冷却至室温，得到黑色溶液；⑶向所述黑色溶液中加入正己烷洗涤离心，经真空干燥至恒重，即得到纳米α?Fe金属粉。本发明方法简单、成本较低、环境污染小。
【专利说明】
_种纳米a_Fe金属粉的制备方法
技术领域
[0001 ]本发明涉及磁性纳米材料的制备技术领域，尤其涉及一种纳米a-Fe金属粉的制备方法。【背景技术】
[0002]磁性纳米材料，如纳米a-Fe金属粉，在电子信息、光学、磁学、催化和生物医学等领域都有着广泛的应用前景。
[0003]热分解羰基铁是制备铁纳米粒子常用的方法，羰基铁是一种亚稳态的有机金属配合物，容易发生热分解，这使得它成为一种有用的金属前驱体。采用羰基铁热分解制备铁单质的方法已有报道，但是在一般的惰气气氛，常压下只能制备得到非晶态的Fe纳米粒子。若要得到结晶性好、纯度高的单质铁，必须在特制反应器中加压、加氢条件下热分解羰基铁。 由于制备成本高，该方法并没有在工业生产中得到推广应用。
【发明内容】
[0004]本发明所要解决的技术问题是提供一种方法简单、成本较低、环境污染小的纳米 a-Fe金属粉的制备方法。
[0005]为解决上述问题，本发明所述的一种纳米a-Fe金属粉的制备方法，包括以下步骤: ⑴将0.04?0.08mmol三氯化锑加入到0.5?5.0mL油胺溶液中，搅拌混合均匀，在室温下搅拌并通入惰性气体氮气10?20min，随后在惰性气体氮气的保护下以5?20 °C/min的速率加热到100?160°C，并在100?160°C下保温40?1 OOmin，保温结束后，得到白色浑浊液；⑵将3?7mL油胺加入到另一个三颈烧瓶中，在室温下搅拌并通入惰性气体氮气10? 20min，随后在惰性气体氮气的保护下以5?20°C/min的速率加热到200~310°C，并在200~310 °C下保温10?60min，保温结束后，在该温度下快速注入2.00?4.0Ommol五羰基铁，然后在200 ?310°C下保温10?60min，保温结束后，再快速注入所述白色浑浊液，继续在200?310°C下保温10?60min后自然冷却至室温，得到黑色溶液；(3)向所述黑色溶液中加入正己烷洗涤离心3?9次，经真空干燥至恒重，即得到纳米a-Fe 金属粉。
[0006]所述步骤⑴和所述步骤⑵中惰性气体氮气的流速均为30?60mL/min。[〇〇〇7] 所述步骤⑶中正己烷与所述黑色溶液的体积比为0.5?3.0 mL:l mL。[〇〇〇8] 所述步骤⑶中离心的条件是指离心速率为4500?8000rpm，时间为120?200秒。[〇〇〇9] 所述步骤⑶中真空干燥的条件是指温度为30?60°C、真空度为-0.09?-0.07MPa。
[0010]本发明与现有技术相比具有以下优点:1、本发明以五羰基铁为前驱体，油胺为溶剂，引入SbCl3作为助剂，通过Fe(C0)^分解在常压普通惰气气氛下制备出了高结晶、粒径均一的体心立方相的Fe纳米粒子。
[0011]2、本发明中SbCl3的加入改善了热分解产生的无定形Fe纳米粒子的表面包覆状态，利于无定形Fe的熟化结晶，从而得到结晶产物。
[0012]3、本发明选取了无毒且沸点较高的油胺作为反应溶剂，降低了对环境的污染。
[0013]4、对本发明所得纳米a-Fe金属粉进行X射线衍射实验，可以发现20 = (44.673， 65.021和82.333°)处出现了衍射峰，这些衍射峰分别对应于Fe的(110 )、(200)、( 211)晶面 (参见图1)，说明得到的Fe纳米粒子为体心立方相，与图2相比，本发明得到了结晶性高、纯度高的Fe纳米粒子。[〇〇14]5、本发明合成的纳米a-Fe金属粉尺寸均一且分布较窄、分散性好(参见图3、4)。
[0015]6、本发明采用快速注入法，不需要加压、加氢就能制备出结晶性高、纯度高的Fe纳米粒子，不仅简化了制备工艺，降低了生产成本，而且降低了操作难度，无需特制反应器。【附图说明】[〇〇16]下面结合附图对本发明的【具体实施方式】作进一步详细的说明。[〇〇17]图1为本发明纳米a-Fe金属粉的X射线衍射图谱(XRD)。[〇〇18]图2为与本发明相同条件下羰基铁分解得到产物的X射线衍射图谱(XRD)。[〇〇19]图3为本发明纳米a-Fe金属粉透射电镜(TEM)照片(50nm)。
[0020]图4为本发明纳米a -Fe金属粉透射电镜(TEM)照片。【具体实施方式】
[0021]实施例1 一种纳米a-Fe金属粉的制备方法，包括以下步骤:(1)将0.04mmol三氯化锑加入到0.5mL油胺溶液中，搅拌混合均匀，在室温下搅拌并以 30mL/min的流速通入惰性气体氮气lOmin，随后在惰性气体氮气的保护下以5°C/min的速率加热到l〇〇°C，并在100°C下保温40min，保温结束后，得到白色浑浊液。[〇〇22]⑵将3mL油胺加入到另一个三颈烧瓶中，在室温下搅拌并以30mL/min的流速通入惰性气体氮气lOmin，随后在惰性气体氮气的保护下以5°C/min的速率加热到200°C，并在 200 °C下保温lOmin，保温结束后，在该温度下快速注入2.0Ommo 1五羰基铁，然后在200 °C下保温lOmin，保温结束后，再快速注入白色浑浊液，继续在200°C下保温lOmin后自然冷却至室温，得到黑色溶液。[〇〇23]⑶向黑色溶液中加入正己烷洗涤离心3次，在温度为30°C、真空度为_0.07MPa的条件下经真空干燥至恒重，即得到纳米a-Fe金属粉。[〇〇24]其中:正己烷与黑色溶液的体积比为0.5 mL:l mL。离心速率为4500rpm，时间为120 秒。
[0025]实施例2 —种纳米a-Fe金属粉的制备方法，包括以下步骤:⑴将0.06mmol三氯化锑加入到2.5mL油胺溶液中，搅拌混合均匀，在室温下搅拌并以 30mL/min的流速通入惰性气体氮气lOmin，随后在惰性气体氮气的保护下以10°C/min的速率加热到120°C，并在120°C下保温50min，保温结束后，得到白色浑浊液。[〇〇26]⑵将5mL油胺加入到另一个三颈烧瓶中，在室温下搅拌并以30mL/min的流速通入惰性气体氮气lOmin，随后在惰性气体氮气的保护下以l〇°C/min的速率加热到270°C，并在 270 °C下保温lOmin，保温结束后，在该温度下快速注入2.50mmo 1五羰基铁，然后在270 °C下保温20min，保温结束后，再快速注入白色浑浊液，继续在270°C下保温20min后自然冷却至室温，得到黑色溶液。
[0027]⑶向黑色溶液中加入正己烷洗涤离心4次，在温度为30°C、真空度为_0.07MPa的条件下经真空干燥至恒重，即得到纳米a-Fe金属粉。[〇〇28]其中:正己烷与黑色溶液的体积比为0.5 mL:l mL。离心速率为5000rpm，时间为180 秒。
[0029]实施例3 —种纳米a-Fe金属粉的制备方法，包括以下步骤:(1)将0.05mmol三氯化锑加入到3.0mL油胺溶液中，搅拌混合均匀，在室温下搅拌并以 40mL/min的流速通入惰性气体氮气15min，随后在惰性气体氮气的保护下以10°C/min的速率加热到130°C，并在130°C下保温60min，保温结束后，得到白色浑浊液。
[0030]⑵将5mL油胺加入到另一个三颈烧瓶中，在室温下搅拌并以40mL/min的流速通入惰性气体氮气15min，随后在惰性气体氮气的保护下以15°C/min的速率加热到250 °C，并在 250 °C下保温30min，保温结束后，在该温度下快速注入2.50mmol五羰基铁，然后在250 °C下保温20min，保温结束后，再快速注入白色浑浊液，继续在250°C下保温60min后自然冷却至室温，得到黑色溶液。[〇〇31]⑶向黑色溶液中加入正己烷洗涤离心9次，在温度为45°C、真空度为-0.0SMPa的条件下经真空干燥至恒重，即得到纳米a-Fe金属粉。[〇〇32]其中:正己烷与黑色溶液的体积比为1.0 mL:l mL。离心速率为8000rpm，时间为180 秒。
[0033]实施例4 一种纳米a-Fe金属粉的制备方法，包括以下步骤:(1)将0 ? 07mmol三氯化铺加入至IJ4 ? OmL油胺溶液中，搅拌混合均匀，在室温下搅拌并以 50mL/min的流速通入惰性气体氮气20min，随后在惰性气体氮气的保护下以15°C/min的速率加热到130°C，并在130°C下保温60min，保温结束后，得到白色浑浊液。[〇〇34]⑵将6mL油胺加入到另一个三颈烧瓶中，在室温下搅拌并以50mL/min的流速通入惰性气体氮气20min，随后在惰性气体氮气的保护下以15°C/min的速率加热到300 °C，并在 300 °C下保温50min，保温结束后，在该温度下快速注入3.50mmol五羰基铁，然后在300 °C下保温20min，保温结束后，再快速注入白色浑浊液，继续在300°C下保温40min后自然冷却至室温，得到黑色溶液。[〇〇35]⑶向黑色溶液中加入正己烷洗涤离心5次，在温度为60°C、真空度为-0.0SMPa的条件下经真空干燥至恒重，即得到纳米a-Fe金属粉。[〇〇36]其中:正己烷与黑色溶液的体积比为0.5 mL:l mL。离心速率为7000rpm，时间为200秒。
[0037]实施例5 —种纳米a-Fe金属粉的制备方法，包括以下步骤:(1)将0.06mmol三氯化锑加入到5.0mL油胺溶液中，搅拌混合均匀，在室温下搅拌并以 40mL/min的流速通入惰性气体氮气15min，随后在惰性气体氮气的保护下以20°C/min的速率加热到160°C，并在160°C下保温40min，保温结束后，得到白色浑浊液。[〇〇38]⑵将7mL油胺加入到另一个三颈烧瓶中，在室温下搅拌并以40mL/min的流速通入惰性气体氮气15min，随后在惰性气体氮气的保护下以15°C/min的速率加热到280 °C，并在 280 °C下保温50min，保温结束后，在该温度下快速注入4.0Ommol五羰基铁，然后在280 °C下保温30min，保温结束后，再快速注入白色浑浊液，继续在280°C下保温50min后自然冷却至室温，得到黑色溶液。
[0039]⑶向黑色溶液中加入正己烷洗涤离心6次，在温度为60°C、真空度为_0.09MPa的条件下经真空干燥至恒重，即得到纳米a-Fe金属粉。
[0040]其中:正己烷与黑色溶液的体积比为3.0 mL:l mL。离心速率为7500rpm，时间为 180 秒。
[0041]实施例6 —种纳米a-Fe金属粉的制备方法，包括以下步骤:(1)将0.08mmol三氯化锑加入到5.0mL油胺溶液中，搅拌混合均匀，在室温下搅拌并以 60mL/min的流速通入惰性气体氮气lOmin，随后在惰性气体氮气的保护下以20°C/min的速率加热到160°C，并在160°C下保温lOOmin，保温结束后，得到白色浑浊液。[〇〇42]⑵将6mL油胺加入到另一个三颈烧瓶中，在室温下搅拌并以30mL/min的流速通入惰性气体氮气lOmin，随后在惰性气体氮气的保护下以20°C/min的速率加热到310°C，并在 310 °C下保温60min，保温结束后，在该温度下快速注入3.50mmol五羰基铁，然后在310 °C下保温60min，保温结束后，再快速注入白色浑浊液，继续在310°C下保温60min后自然冷却至室温，得到黑色溶液。[〇〇43]⑶向黑色溶液中加入正己烷洗涤离心5次，在温度为40°C、真空度为_0.09MPa的条件下经真空干燥至恒重，即得到纳米a-Fe金属粉。[〇〇44]其中:正己烷与黑色溶液的体积比为0.5 mL:l mL。离心速率为5500rpm，时间为150 秒。
【主权项】
1.一种纳米a-Fe金属粉的制备方法，包括以下步骤:⑴将0.04?0.08mmol三氯化锑加入到0.5?5.0mL油胺溶液中，搅拌混合均匀，在室温下 搅拌并通入惰性气体氮气10?20min，随后在惰性气体氮气的保护下以5?20 °C/min的速率加 热到100?160°C，并在100?160°C下保温40?1 OOmin，保温结束后，得到白色浑浊液；⑵将3?7mL油胺加入到另一个三颈烧瓶中，在室温下搅拌并通入惰性气体氮气10? 20min，随后在惰性气体氮气的保护下以5?20°C/min的速率加热到200~310°C，并在200~310 °C下保温10?60min，保温结束后，在该温度下快速注入2.00?4.0Ommol五羰基铁，然后在200 ?310°C下保温10?60min，保温结束后，再快速注入所述白色浑浊液，继续在200?310°C下保 温10?60min后自然冷却至室温，得到黑色溶液；(3)向所述黑色溶液中加入正己烷洗涤离心3?9次，经真空干燥至恒重，即得到纳米a-Fe 金属粉。2.如权利要求1所述的一种纳米a-Fe金属粉的制备方法，其特征在于:所述步骤⑴和所 述步骤⑵中惰性气体氮气的流速均为30?60mL/min。3.如权利要求1所述的一种纳米a-Fe金属粉的制备方法，其特征在于:所述步骤⑶中正 己烷与所述黑色溶液的体积比为0.5?3.0 mL:l mL。4.如权利要求1所述的一种纳米a-Fe金属粉的制备方法，其特征在于:所述步骤⑶中离 心的条件是指离心速率为4500?8000rpm，时间为120?200秒。5.如权利要求1所述的一种纳米a-Fe金属粉的制备方法，其特征在于:所述步骤⑶中真 空干燥的条件是指温度为30?60°C、真空度为-0.09—0.07MPa。
【文档编号】B82Y40/00GK105945303SQ201610325421
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年5月17日
【发明人】佘厚德, 苏云云, 王瑞
【申请人】西北师范大学