一种具有一维纳米纤维结构的钼酸铁/钨酸铁的制备方法及产品和应用与流程

本发明属于无机功能纳米材料制备技术领域，具体涉及一种具有一维纳米纤维结构的钼酸铁/钨酸铁的制备方法及产品和应用。

背景技术：

钼酸铁，钨酸铁作为铁盐的重要组成部分，由于其结构的多变性，不仅可以用作光催化剂、吸附剂、催化剂载体，而且在电子器件、耐热材料、发光二极管材料、磁材料和电池材料等方面都有潜在的应用前景，因此关于铁盐的研究已成为很多科学工作者研究的焦点，并且，许多不同形貌的钼酸铁、钨酸铁铁盐在一些方面已经有了一些应用，如微球状，多孔球状的钼酸铁被用作电池材料，微球状的钨酸铁被用作可见光催化材料。然而，很多制备方法如固相法、球磨法、水热法等合成手段制备的钼酸铁，钨酸铁尺寸还是停留在亚微米甚至微米阶段，导致其在纳米尺寸的道路上遇到了很大的挫折，因此，如何将这两种铁盐做的更小，形貌更均一是目前面临的一项艰巨的任务。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于：(1)提供一种具有一维纳米纤维结构的Fe₂(XO₄)₃的制备方法；(2)提供一种具有一维纳米纤维结构的Fe₂(XO₄)₃；(3)提供一种具有一维纳米纤维结构的Fe₂(XO₄)₃的应用。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

1、一维纳米纤维结构的Fe₂(XO₄)₃的制备方法，包括如下步骤：

(1)分别将含铁的过渡金属可溶盐和含有X元素的可溶性盐加入二甲基甲酰胺水溶液中，混匀后，向混合溶液中加入表面活性剂和柠檬酸，搅拌至所述混合溶液呈均一透明状，制得材料溶液；所述X元素为钼或钨中的一种；

(2)利用静电纺丝法，以步骤(1)中制得的材料溶液为原料，制得Fe₂(XO₄)₃前体；

(3)将步骤(2)中制得的Fe₂(XO₄)₃前体进行煅烧处理，制得具有一维纳米纤维结构的Fe₂(XO₄)₃纳米材料。

进一步，步骤(1)中，所述含铁的过渡金属可溶盐中铁元素与含有X元素的可溶性盐中X元素的摩尔比为2:3。

进一步，步骤(1)中，所述含铁的过渡金属可溶盐为FeCl₂·4H₂O；所述含有X元素的可溶性盐为H₂₄Mo₇N₆O₂₄或(NH₄)₆H₂W₁₂O₄₀中的一种。

进一步，步骤(1)中，所述二甲基甲酰胺水溶液的质量分数为94～96％。

进一步，步骤(1)中，所述表面活性剂为聚乙烯丙咯烷酮，所述材料溶液中聚乙烯丙咯烷酮的质量分数为8.2～8.6％；所述材料溶液中柠檬酸的质量分数为2.5～3.2％。

进一步，步骤(2)中，所述静电纺丝法具体为：

1)将所述材料溶液注入推注器至推注器内无空气；

2)将步骤1)中的推注器安装在进样泵上，设置静电纺丝参数，然后推注所述材料溶液，在接收装置上形成Fe₂(XO₄)₃前体。

进一步，步骤2)中，所述静电纺丝参数具体为：温度35～45℃，湿度20～40％RH，所述推注器的喷头与接收装置之间距离为15～22cm，电压为18～25kV；所述推注器推注速度0.4～1mL/h。

进一步，步骤(3)中，所述煅烧处理为按2～4℃/min升到290～350℃，再按1～2℃/min升到500～650℃后保温2～5h，然后再按1～2℃/min降到290～350℃，再以2～4℃/min降到25～40℃。

2、由所述的一维纳米纤维结构的Fe₂(XO₄)₃的制备方法制备的Fe₂(XO₄)₃纳米材料。

3、所述的Fe₂(XO₄)₃纳米材料在芬顿催化测试中的应用。

本发明的有益效果在于：本发明提供了一种具有一维纳米纤维结构的钼酸铁/钨酸铁的制备方法及产品和应用，该方法以常见的过渡金属可溶性铁盐和含有钼酸根或钨酸根的可溶性盐为反应物，通过静电纺丝法及煅烧处理，制得一种具有一维纳米纤维结构的钼酸铁/钨酸铁，该方法反应条件简单、能耗低、污染少，所制得的钼酸铁或钨酸铁纳米材料纯度高，分散性好，形貌相当均一，并且在光催化-芬顿催化方面表型出了优异的性能，可用于构建高效稳定的芬顿催化剂，在光催化领域具有良好的应用前景。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：

图1为Fe₂(MoO₄)₃和Fe₂(WO₄)₃纳米材料的X射线衍射图；

图2为Fe₂(MoO₄)₃和Fe₂(WO₄)₃纳米材料煅烧后的场发射扫描电镜图；

图3为Fe₂(MoO₄)₃和Fe₂(WO₄)₃纳米材料的透射电镜图；

图4为Fe₂(MoO₄)₃和Fe₂(WO₄)₃纳米材料芬顿催化降解罗丹明图。

其中，图2中，A为Fe₂(MoO₄)₃纳米材料煅烧后的场发射扫描电镜图；B为Fe₂(WO₄)₃纳米材料煅烧后的场发射扫描电镜图；

图3中，A为Fe₂(MoO₄)₃纳米材料的透射电镜图；B为Fe₂(WO₄)₃纳米材料的透射电镜图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。

实施例1

(1)按Fe与Mo的摩尔比为2:3分别将FeCl₂·4H₂O和H₂₄Mo₇N₆O₂₄加入质量分数为95％的二甲基甲酰胺水溶液中，混匀后，向混合溶液中加入表面活性剂和柠檬酸，搅拌至所述混合溶液呈均一透明状，制得材料溶液，所述材料溶液中聚乙烯丙咯烷酮的质量分数为8.2％；所述材料溶液中柠檬酸的质量分数为3.0％。；

(2)利用静电纺丝法，以步骤(1)中制得的材料溶液为原料，制得Fe₂(XO₄)₃前体；

1)将所述材料溶液注入推注器至推注器内无空气；

2)将步骤1)中的推注器安装在进样泵上，设置静电纺丝参数，即温度为45℃，湿度为20％RH，所述推注器的喷头与接收装置之间距离为20cm，电压为25kV；所述推注器推注速度0.8mL/h，然后推注所述材料溶液，在接收装置上形成Fe₂(XO₄)₃前体。

(3)将步骤(2)中制得的Fe₂(XO₄)₃前体先按3℃/min升到315℃，再按2℃/min升到550℃后保温3h，然后再按2℃/min降到315℃，再以3℃/min降到30℃，制得具有一维纳米纤维结构的Fe₂(XO₄)₃纳米材料。

实施例2

(1)按Fe与W的摩尔比为2:3分别将FeCl₂·4H₂O和(NH₄)₆H₂W₁₂O₄₀加入质量分数为94％的二甲基甲酰胺水溶液中，混匀后，向混合溶液中加入表面活性剂和柠檬酸，搅拌至所述混合溶液呈均一透明状，制得材料溶液，所述材料溶液中聚乙烯丙咯烷酮的质量分数为8.4％；所述材料溶液中柠檬酸的质量分数为2.8％。；

(2)利用静电纺丝法，以步骤(1)中制得的材料溶液为原料，制得Fe₂(XO₄)₃前体；

1)将所述材料溶液注入推注器至推注器内无空气；

2)将步骤1)中的推注器安装在进样泵上，设置静电纺丝参数，即温度为38℃，湿度为32％RH，所述推注器的喷头与接收装置之间距离为18cm，电压为18kV；所述推注器推注速度1mL/h，然后推注所述材料溶液，在接收装置上形成Fe₂(XO₄)₃前体。

(3)将步骤(2)中制得的Fe₂(XO₄)₃前体先按4℃/min升到350℃，再按2℃/min升到650℃后保温5h，然后再按2℃/min降到350℃，再以4℃/min降到35℃，制得具有一维纳米纤维结构的Fe₂(XO₄)₃纳米材料。

实施例3

(1)按Fe与Mo的摩尔比为2:3分别将FeCl₂·4H₂O和H₂₄Mo₇N₆O₂₄加入质量分数为95％的二甲基甲酰胺水溶液中，混匀后，向混合溶液中加入表面活性剂和柠檬酸，搅拌至所述混合溶液呈均一透明状，制得材料溶液，所述材料溶液中聚乙烯丙咯烷酮的质量分数为8.6％；所述材料溶液中柠檬酸的质量分数为2.5％。；

(2)利用静电纺丝法，以步骤(1)中制得的材料溶液为原料，制得Fe₂(XO₄)₃前体；

1)将所述材料溶液注入推注器至推注器内无空气；

2)将步骤1)中的推注器安装在进样泵上，设置静电纺丝参数，即温度为35℃，湿度为40％RH，所述推注器的喷头与接收装置之间距离为22cm，电压为23kV；所述推注器推注速度0.4mL/h，然后推注所述材料溶液，在接收装置上形成Fe₂(XO₄)₃前体。

(3)将步骤(2)中制得的Fe₂(XO₄)₃前体先按2℃/min升到290℃，再按1℃/min升到500℃后保温2h，然后再按1℃/min降到290℃，再以2℃/min降到25℃，制得具有一维纳米纤维结构的Fe₂(XO₄)₃纳米材料。

实施例4

(1)按Fe与W的摩尔比为2:3分别将FeCl₂·4H₂O和(NH₄)₆H₂W₁₂O₄₀加入质量分数为96％的二甲基甲酰胺水溶液中，混匀后，向混合溶液中加入表面活性剂和柠檬酸，搅拌至所述混合溶液呈均一透明状，制得材料溶液，所述材料溶液中聚乙烯丙咯烷酮的质量分数为8.4％；所述材料溶液中柠檬酸的质量分数为3.2％。；

(2)利用静电纺丝法，以步骤(1)中制得的材料溶液为原料，制得Fe₂(XO₄)₃前体；

1)将所述材料溶液注入推注器至推注器内无空气；

2)将步骤1)中的推注器安装在进样泵上，设置静电纺丝参数，即温度为42℃，湿度为26％RH，所述推注器的喷头与接收装置之间距离为15cm，电压为20kV；所述推注器推注速度0.6mL/h，然后推注所述材料溶液，在接收装置上形成Fe₂(XO₄)₃前体。

(3)将步骤(2)中制得的Fe₂(XO₄)₃前体先按3℃/min升到330℃，再按1℃/min升到600℃后保温4h，然后再按1℃/min降到330℃，再以3℃/min降到40℃，制得具有一维纳米纤维结构的Fe₂(XO₄)₃纳米材料。

实施例5

实施例1中制备的Fe₂(MoO₄)₃和实施例2中制备的Fe₂(WO₄)₃用于光催化芬顿催化

(1)取1mg罗丹明(Rh6g)分散到100mL水溶液中，超声搅拌均匀；

(2)将罗丹明溶液在避光条件下搅拌30min达到吸附平衡；

(3)取实施例1中制备的Fe₂(MoO₄)₃ 25mg及250ul体积分数为30％的H₂O₂加入步骤(2)中制备的Rh6g溶液中形成芬顿催化剂体系。在紫外光(光照强度500W)照射下每隔10min取一个点，每次取2ml混合溶液，直至取到50min。将所取的溶液及时离心后用紫外测试仪测试其降解情况；

(4)取实施例2中制备的Fe₂(WO₄)₃ 25mg及250ul体积分数为30％的H₂O₂加入步骤(2)中制备的Rh6g溶液中形成芬顿催化剂体系。在紫外光(光照强度500W)照射下每隔10min取一个点，每次取2ml混合溶液，直至取到50min。将所取的溶液及时离心后用紫外测试仪测试其降解情况。

图1为实施例1中制备的Fe₂(MoO₄)₃纳米材料的X射线衍射图及实施例2中制备的Fe₂(WO₄)₃纳米材料的X射线衍射图，由图中可以看出主要的峰位置与PDF标准卡片一一对应，说明得到两种铁盐结晶性很好。

图2A为实施例3中制备的Fe₂(MoO₄)₃纳米材料煅烧后的场发射扫描电镜图，图2B为实施例4中制备的Fe₂(WO₄)₃纳米材料煅烧后的场发射扫描电镜图，由图中可以看出制备的两种纳米纤维尺寸均一且没有团聚等现象发生。

图3A为实施例3中制备的Fe₂(MoO₄)₃纳米材料的透射电镜图，图3B为实施例4中制备的Fe₂(WO₄)₃纳米材料的透射电镜图，由图中可以看出制备的两种铁盐纳米纤维直径大小为150-200nm且可以看出呈Fe₂(WO₄)₃多孔结构。

图4为实施例1中制备的Fe₂(MoO₄)₃纳米材料芬顿催化降解罗丹明图及实施例2中制备的Fe₂(WO₄)₃纳米材料芬顿催化降解罗丹明图，由图中可以看出，钼酸铁芬顿催化降解罗丹明在50min内降解了将近60％，钨酸铁芬顿催化降解罗丹明在50min内降解了将近75％，其中，钨酸铁的催化效果要好于钼酸铁。

最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。