专利名称：一种α型三氧化二铁及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种金属氧化物，尤其是涉及一种柱状或花状结构的α型三氧化二 铁(Ci-Fe2O3)及其制备方法。
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，由于其具有较高的气敏性，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。相关文献(1、T. S. Zhang, P. Hing，R. F. Zhang. J. Mater. Sci，2000，35，1419 ；2、孙予罕，吕宝亮，吴东，徐耀·非模板法 制备阿尔法-三氧化二铁纳米环的方法[P].公开号CN101264937A ；3、孙予罕，吕宝亮，吴 东，徐耀.非模板法制备阿尔法-三氧化二铁纳米管的方法[P].公开号CN101264936A)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。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。
发明内容
本发明的目的旨在提供一种颗粒分布均勻，且具有优越磁性能的柱状或花状结构 的α型三氧化二铁(Q-Fe2O3)的制备方法。本发明包括以下步骤1)分别配制水溶性铁氰化钾溶液和氢氧化钠溶液，将水溶性铁氰化钾溶液和氢氧 化钠溶液混合，得混合液；2)在混合液中加入表面活性剂，超声后使其充分溶解，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不锈钢反应釜中，升温反应；4)待步骤3)升温反应后的产物冷却至室温，将釜底沉淀物离心分离后洗涤，将所 得产物干燥，即得α型三氧化二铁。在步骤1)中，所述水溶性铁氰化钾溶液和氢氧化钠溶液混合，可以是水溶性铁 氰化钾溶液和氢氧化钠溶液等体积混合；所述混合液的铁氰化钾的摩尔浓度可为0. 05 0. 10Μ，氢氧化钠的摩尔浓度可为0. 10 0. 15Μ。在步骤2)中，所述表面活性剂可采用柠檬酸三钠或尿素等，所述柠檬酸三钠的摩 尔浓度可为0. 125 0. 25Μ ；所述尿素的摩尔浓度可为0. 16 0. 32Μ ；所述超声的时间可为 3 5min0在步骤3)中，所述升温反应，可在密封条件下，升温至180°C反应，反应的时间可 为12 24h。在步骤4)中，所述洗涤，可采用无水乙醇及去离子水洗涤；所述干燥的温度可为 60 80°C，干燥的时间可为8 12h。
当表面活性剂采用柠檬酸三钠时，可制得柱状结构α型三氧化二铁颗粒，当表面 活性剂采用尿素时，可制得花状结构α型三氧化二铁颗粒。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 到柱状或花状结构α型三氧化二铁颗粒，本发明所制得的柱状或花状结构α型三氧化二 铁颗粒具有产量大、分布均勻、磁性能优越等特点，而且该方法条件温和，工艺简单。
图1为实施例1制备的柱状结构α型三氧化二铁的X射线衍射谱图。在图1中， 横坐标为衍射角2 θ (deg.)，纵坐标为衍射强度Intensity (a. U.)；从左至右，衍射峰依次 为 012，104，110，113,024,116，122,214,300,1010 晶面。图2为实施例1制备的柱状结构α型三氧化二铁的扫描电镜图片。在图2中，(a) 为低倍率，标尺为10ym;(b)为高倍率，标尺为1 μ m。图3为实施例1制备的柱状结构α型三氧化二铁的透射电镜图片。在图3中，(a) 标尺为1 μ m ； (b)标尺为50nm ； (c)标尺为5nm,晶格间距d为0. 36nm。图4为实施例1制备的柱状结构α型三氧化二铁的磁滞回线图。在图4中，横坐 标为矫顽力H(Oe)，纵坐标为剩磁M(emu/g)。图5为实施例5制备的花状结构α型三氧化二铁的X射线衍射谱图。在图5中， 横坐标为衍射角2 θ (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6为实施例5制备的花状结构α型三氧化二铁的扫描电镜图片。在图6中，(a) 为低倍率，标尺为3ym;(b)为高倍率，标尺为1 μ m。图7为实施例5制备的花状结构α型三氧化二铁的透射电镜图片。在图7中，(a) 标尺为1 μ m ； (b)标尺为20nm ； (c)标尺为IOnm,晶格间距d为0. 27nm。图8为实施例5制备的花状结构α型三氧化二铁的磁滞回线图。在图8中，横坐 标为矫顽力H(Oe)，纵坐标为剩磁M(emu/g)。
具体实施例方式实施例1(1)称取0. 33g(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；称取0. 12g(3mmol)氢氧化钠，将其溶于IOmL的去离子水中，搅拌使其充分溶解，然后 将其与铁氰化钾溶液混勻。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1. 035g (约4mmol)的柠檬酸三钠，超声5min后使其充分溶 解，得淡黄色澄清溶液，混合液中柠檬酸三钠的浓度为0. 20M。(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，即得柱状结构α型三氧化二铁颗粒。图1为实施例1条件下制备的产物的X射线衍射谱图。将谱图中的主要衍射峰所 对应的晶面间距和衍射峰相对强度与PDF卡片89-0598号一一比对，可确定该产物为纯净
4的α -Fe2O3赤铁矿。图2为实施例1条件下制备的产物的扫描电镜形貌图。由图可见制备的α -Fe2O3 颗粒呈柱状结构，交错排布，分散性良好，长轴方向约为1 5 μ m，短轴方向约为0. 5 3 μ m0图3为实施例1条件下制备的产物的透射电镜形貌图。由图可见制备的柱状结构 α-Fe2O3颗粒长轴方向约为3.3 μ m，短轴方向约为1.8μπι。高分辨像观察到的晶格间距为 0. 36nm，对应于α-Fe2O3颗粒的(012)晶面。图4为实施例1条件下制备的产物的磁滞回线图。由图可见制备的Ci-Fe2O3颗粒 的剩磁和矫顽力分别为0. 0529emu/g和1951. 360e。实施例2(1)称取0. 33g(Immol)铁氰化钾，将其溶于IOmL的去离子水中，搅拌使其充分溶 解；称取0. 08g (2mmol)氢氧化钠，将其溶于IOmL的去离子水中，搅拌使其充分溶解，然后将 其与铁氰化钾溶液混勻。混合液中铁氰化钾的浓度为0. 05M，氢氧化钠的浓度为0. IOM0(2)往混合液中加入0. 776g(3mmol)的柠檬酸三钠，超声5min后使其充分溶解，得 淡黄色澄清溶液，混合液中柠檬酸三钠的浓度为0. 15M。(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1。实施例3(1)同实施例1。(2)往混合液中加入1. 294g(5mmol)的柠檬酸三钠，超声5min后使其充分溶解，得 淡黄色澄清溶液，混合液中柠檬酸三钠的浓度为0. 25M。(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1。实施例4(1)称取0. 66g(2mmol)铁氰化钾，将其溶于IOmL的去离子水中，搅拌使其充分溶 解；称取0. 08g (2mmol)氢氧化钠，将其溶于IOmL的去离子水中，搅拌使其充分溶解，然后将 其与铁氰化钾溶液混勻。混合液中铁氰化钾的浓度为0. 10M，氢氧化钠的浓度为0. IOM0(2)往混合液中加入0. 647g(2. 5mmol)的柠檬酸三钠，超声3min后使其充分溶解， 得淡黄色澄清溶液，混合液中柠檬酸三钠的浓度为0. 125M。(3)同实施例1。(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。实施例5(1)称取0. 33g(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；称取0. 12g(3mmol)氢氧化钠，将其溶于IOmL的去离子水中，搅拌使其充分溶解，然后 将其与铁氰化钾溶液混勻。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(6. 4mmol)的尿素，超声5min后使其充分溶解，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 μ m的花状结构的α型
三氧化二铁。图5为实施例5条件下制备的产物的X射线衍射谱图。将谱图中的主要衍射峰所 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α -Fe2O3赤铁矿。图6为实施例5条件下制备的产物的扫描电镜形貌图。由图可见制备的α -Fe2O3 颗粒分散性良好，大小约为4 6μπι。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组装而成，微板尺寸约为2 μ m，厚度在300nm左右。图7为实施例5条件下制备的产物的透射电镜形貌图。由图可见制备的单个花 状结构的α-Fe2O3颗粒大小约为5 μ m。高分辨像观察到的晶格间距为0. 27nm，对应于 α-Fe2O3颗粒的(104)晶面。图8为实施例5条件下制备的产物的磁滞回线图。由图可见制备的α -Fe2O3颗粒 的剩磁和矫顽力分别为0. 047emu/g和1415. 360e。实施例6(1)称取0. 33g(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；称取0. 08g (2mmol)氢氧化钠，将其溶于IOmL的去离子水中，搅拌使其充分溶解，然后 将其与铁氰化钾溶液混勻。混合液中铁氰化钾的浓度为0. 05M，氢氧化钠的浓度为0. IOM0(2)同实施例5。(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5。实施例7(1)称取0. 66g(2mmol)铁氰化钾，将其溶于IOmL的去离子水中，搅拌使其充分溶 解；称取0. 08g (2mmol)氢氧化钠，将其溶于IOmL的去离子水中，搅拌使其充分溶解，然后将 其与铁氰化钾溶液混勻。混合液中铁氰化钾的浓度为0. 10M，氢氧化钠的浓度为0. IOM0(2)往混合液中加入0. 192g (约3. 2mmol)的尿素，超声5min后使其充分溶解，得 淡黄色澄清溶液，混合液中尿素的浓度为0. 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5。实施例8(1)同实施例5。(2)往混合液中加入0. 288g(4. 8mmol)的尿素，超声5min后使其充分溶解，得淡黄 色澄清溶液，混合液中尿素的浓度为0. 24M。(3)同实施例5。
(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
一种α型三氧化二铁的制备方法，其特征在于包括以下步骤1)分别配制水溶性铁氰化钾溶液和氢氧化钠溶液，将水溶性铁氰化钾溶液和氢氧化钠溶液混合，得混合液；2)在混合液中加入表面活性剂，超声后使其充分溶解，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不锈钢反应釜中，升温反应；4)待步骤3)升温反应后的产物冷却至室温，将釜底沉淀物离心分离后洗涤，将所得产物干燥，即得α型三氧化二铁。
2.如权利要求1所述的一种α型三氧化二铁的制备方法，其特征在于在步骤1)中，所 述水溶性铁氰化钾溶液和氢氧化钠溶液混合，是水溶性铁氰化钾溶液和氢氧化钠溶液等体 积混合。
3.如权利要求1所述的一种α型三氧化二铁的制备方法，其特征在于在步骤1)中，所 述混合液的铁氰化钾的摩尔浓度为0. 05 0. 10Μ，氢氧化钠的摩尔浓度为0. 10 0. 15Μ。
4.如权利要求1所述的一种α型三氧化二铁的制备方法，其特征在于在步骤2)中，所 述表面活性剂为柠檬酸三钠或尿素。
5.如权利要求4所述的一种α型三氧化二铁的制备方法，其特征在于所述柠檬酸三钠 的摩尔浓度为0. 125 0. 25Μ ；所述尿素的摩尔浓度为0. 16 0. 32Μ。
6.如权利要求1所述的一种α型三氧化二铁的制备方法，其特征在于在步骤2)中，所 述超声的时间为3 5min。
7.如权利要求1所述的一种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，是在密封条件下，升温至180°C反应，反应的时间为12 24h。
8.如权利要求1所述的一种α型三氧化二铁的制备方法，其特征在于在步骤4)中，所 述洗涤，是采用无水乙醇及去离子水洗涤。
9.如权利要求1所述的一种α型三氧化二铁的制备方法，其特征在于在步骤4)中，所 述干燥的温度为60 80°C，干燥的时间为8 12h。
全文摘要
一种α型三氧化二铁及其制备方法，涉及一种金属氧化物。提供一种颗粒分布均匀，且具有优越磁性能的柱状或花状结构的α型三氧化二铁的制备方法。分别配制水溶性铁氰化钾溶液和氢氧化钠溶液，将水溶性铁氰化钾溶液和氢氧化钠溶液混合，得混合液；在混合液中加入表面活性剂，超声后使其充分溶解，得淡黄色澄清溶液；将淡黄色澄清溶液转移至不锈钢反应釜中，升温反应；待升温反应后的产物冷却至室温，将釜底沉淀物离心分离后洗涤，将所得产物干燥，即得α型三氧化二铁。当表面活性剂采用柠檬酸三钠时，可制得柱状结构α型三氧化二铁颗粒，当表面活性剂采用尿素时，可制得花状结构α型三氧化二铁颗粒。
文档编号C01G49/06GK101913658SQ20101028347
公开日2010年12月15日 申请日期2010年9月16日 优先权日2010年9月16日
发明者梁汉锋, 王周成 申请人:厦门大学