一种α相三氧化二铁多孔微球及其制备方法与流程

本发明属于纳米材料制备领域，尤其涉及一种α相三氧化二铁多孔微球及其制备方法。

背景技术：

由于α相三氧化二铁具有耐腐蚀、制备工艺简单、无毒、价格低廉及分布广等优点，所以，在锂离子电池、光催化、信息存储、塑料、涂料以及气体传感等领域受到广泛的关注和应用。由于α相三氧化二铁的结构和形貌对其性能有着重要的影响。为了提高其性能，科学工作者合成出了纳米棒、纳米线、纳米管、纳米微粒、纳米带、纳米片、多面体、立方体以及多孔核壳微球结构等不同结构和形貌的α相三氧化二铁。其中专利公开号为：cn104003448a的发明专利，采用水热法，公开了一种α相三氧化二铁多孔核壳微球及其可控合成制备方法。然而截至目前，还未见采用一种常温常压的湿化学法并结合后续热处理法来制备形貌可控、粒径分布均匀的α相三氧化二铁多孔微球纳米材料的报道。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种α相三氧化二铁多孔微球及其可控合成制备方法，以降低成本、减少环境污染，并使产物具有较高的bet表面积。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

一种α相三氧化二铁多孔微球，由铁盐、反丁烯二酸、l-谷氨酸、去离子水和乙醇或甲醇制备而成，多孔微球的平均直径为500nm，bet比表面积为37.52m²g^-1。

进一步，所述的铁盐为氯化铁、硝酸铁、硫酸铁中的一种或任意质量比的多种。

进一步，所述铁盐和l-谷氨酸的混合水溶液中，铁盐和l-谷氨酸的质量之比为(1～2)：1；铁盐在水中的浓度为3.762～6.254g/l。

进一步，所述反丁烯二酸在醇中的浓度为3.762～12.508g/l；反丁烯二酸与铁盐的质量之比为(1～2)：1。

为了实现上述发明目的，本发明还提供以下技术方案：

一种α相三氧化二铁多孔微球的制备方法，包括以下步骤：

(1)将铁盐和l-谷氨酸加入到去离子水中并不断搅拌直至全部溶解；所述铁盐和l-谷氨酸的混合水溶液中，铁盐和l-谷氨酸的质量之比为(1～2)：1；其中铁盐在去离子水中的浓度为3.762～6.254g/l；

(2)将反丁烯二酸加入到乙醇或甲醇中，并不断搅拌直至全部溶解；所述反丁烯二酸在乙醇或甲醇中的浓度为3.762～12.508g/l；反丁烯二酸与铁盐的质量之比为(1～2)：1；

(3)将步骤(2)中的反丁烯二酸的醇溶液加入到步骤(1)的铁盐和l-谷氨酸的混合水溶液中并不断搅拌24～36小时；以4000～6000r/min的转速进行离心分离并用乙醇和去离子水先后洗涤3次，然后将沉淀在60～80℃条件下真空干燥12～36小时，得铁基金属有机骨架材料；

(4)将步骤(3)中的铁基金属有机骨架材料置于管式炉中，在空气气氛保护下以0.5～1℃/min的速率升温到550～600℃并保持2～4小时，之后自然冷却至室温，得到α相三氧化二铁多孔微球。

优选的，在上述步骤(1)至步骤(3)中，所述的铁盐为氯化铁、硝酸铁、硫酸铁中的一种或任意质量比的多种。

优选的，在上述步骤(4)中，所述的多孔微球的平均直径为500nm，bet比表面积为37.52m²g^-1。

与现有技术比，本发明具有的优点和有益效果如下：

采用湿化学法并结合后续热处理制备的α相三氧化二铁多孔微球，其粒径分布及形貌达到可控，制备方法简单，成本低、重现性好、易于实施，适合大规模生产，制备的多孔微球具有广阔的应用前景。

附图说明

图1是本发明实施例1制备的α相三氧化二铁多孔微球材料的x射线衍射结果图。峰分别对应于α相三氧化二铁(jcpds卡:33-0664)的峰。这一结果说明采用此法制备的α相三氧化二铁多孔微球纯度高，没有其他杂质。

图2是本发明实施例1制备的α相三氧化二铁多孔微球材料的扫描电镜图。

图3是本发明实施例1制备的α相三氧化二铁多孔微球材料的透射电镜图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

一种α相三氧化二铁多孔微球的制备方法，其具体步骤如下：

(1)制备三氯化铁和l-谷氨酸的混合水溶液：将0.317g的氯化铁和0.225g的l-谷氨酸加入到盛有50ml水的烧杯中，在室温下不断搅拌，直至全部溶解。

(2)制备反丁烯二酸的乙醇溶液：将0.317g的反丁烯二酸加入到盛有50ml无水乙醇的烧杯中，在室温下不断搅拌，直至全部溶解。

(3)制备铁基金属有机骨架：将步骤2中的溶液逐滴加入到步骤1的溶液中，并不断搅拌24小时，可得铁基金属有机骨架材料。

(4)制备α相三氧化二铁多孔微球：将铁基金属有机骨架材料置于管式炉中在空气气氛保护下，以2℃/min的速率升温到550℃并保持2小时，自然冷却到室温后，得到α相三氧化二铁多孔微球。所得多孔微球的直径约500nm。

实施例2

一种α相三氧化二铁多孔微球的制备方法，其具体步骤如下：

(1)制备可溶性铁盐溶液：将0.285g的硫酸铁和0.223g的l-谷氨酸加入到盛有50ml水的烧杯中，在室温下不断搅拌，直至全部溶解。

其他步骤与实施例1相同，所得多孔微球的直径约500nm。

实施例3

一种α相三氧化二铁多孔微球的制备方法，其具体步骤如下：

(1)制备可溶性铁盐溶液：将0.248g的硝酸铁和0.155g的l-谷氨酸加入到盛有50ml水的烧杯中，在室温下不断搅拌，直至全部溶解。

其他步骤与实施案例1相同，所得多孔微球的直径约500nm。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式。当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，任何熟悉本技术领域的技术人员，当可根据本发明作出各种相应的等效改变和变形，都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种α相三氧化二铁多孔微球及其制备方法。所述微球由铁盐、反丁烯二酸、L‑谷氨酸、去离子水和乙醇或甲醇制备而成，微球的平均直径为500nm，BET比表面积为37.52m2g‑1。所述方法是，首先将溶解在乙醇或甲醇中的反丁烯二酸溶液加入到铁盐和L‑谷氨酸的混合水溶液中，并不断搅拌24小时；通过离心分离并用乙醇和去离子水先后洗涤生成的沉淀，然后焙烧干燥后的沉淀置于管式炉中，通入的空气以2℃/分的速率升温到550℃并保持2小时，自然冷却至室温后，得到α相三氧化二铁多孔微球纳米。本发明不需要特殊的模板剂，制备工艺简单，获得的微球的粒径分布及形貌达到可控，重现性好、易于实施、适合大规模生产。

技术研发人员：杨宏训;孙明琛;孙孟飞;宋旺华;孙胜男;聂宇
受保护的技术使用者：江苏科技大学
技术研发日：2016.09.08
技术公布日：2017.09.26