专利名称：一种固相化学反应制备氧化铁三维纳米结构的方法
技术领域：
本发明涉及一种通过固相化学反应制备氧化铁三维纳米结构的方法，属于纳米材料合成技术领域。
背景技术：
不同晶相的纳米氧化铁(Fe304、y -Fe203> a -Fe2O3)由于具有不同的特性而在多个领域中有广泛应用。纳米Fe3O4和Y-Fe2O3具有磁性和良好的生物相容性，可广泛应用于靶向载药、医学成像、磁性存储和催化等领域；纳米a -Fe2O3具有n-型半导体特性和高度稳定性，其在传感器、锂离子电池、催化等领域有重要应用。众所周知，纳米材料的形貌对其性质有重要影响，由低维纳米结构的构建基元(如纳米粒子、纳米棒、纳米管、纳米线、纳米片等)所组成的三维分级结构纳米氧化铁由于具有超高的比表面积和与其形貌相关的独特性能而引起研究者的广泛关注。目前，已经报道了多种方法用于氧化铁三维纳米结构的制备。如L.Wan等人首先在回流的乙二醇中制得含铁的前躯体，之后将该前躯体在不同的气氛和温度下进行热处理，分别得到了具有三维花状结构的纳米Fe3O4、纳米Y-Fe2O3和纳米Ct-Fe2O3 (AdvancedMaterials，18卷， 2426-2431页，2006年)。L.Zhang等人通过微波照射的辅助作用，在乙二醇中加入嵌段聚合物，由氯化铁和醋酸钠合成了玫瑰花状的纳米Fe3O4 (The Journal ofPhysical Chemistry C，114卷，6237-6242页，2010年)。1\ Fei 等人首先由溶剂热法合成了FeOOH前躯体，之后对其进行煅烧，制得了花状a-Fe2O3分级结构(ACS Applied Materials& Interfaces，3卷，4689-4694页，2011年)。可以看出，虽然这些氧化铁三维纳米结构具有优异的气敏和吸附等性能，但是用于制备这些分级结构的合成方法比较复杂，反应对设备要求比较高，不利于工业放大生产，这限制了氧化铁分级纳米结构在实际中的广泛应用。鉴于此，为了实现对氧化铁三维纳米结构的更加简单的制备，从而有效地将其应用于各个领域中，有必要开发一种工艺简单、操作方便、易于实现放大生产的制备方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种制备氧化铁三维纳米结构的方法。该方法通过使用廉价的原料，采用简单的操作方法，经固相化学反应可以合成出具有三维分级纳米结构的不同种类氧化铁。本发明的技术方案如下:
一种固相化学反应制备氧化铁三维纳米结构的方法，其包括以下步骤:将铁盐或亚铁盐与还原剂按照摩尔比为0.f 10:1的比例混合；可加入表面活性剂，铁盐或亚铁盐与表面活性剂的质量比为0.ri0:l ;进行研磨或球磨反应20飞0分钟；产物分别用水、乙醇洗涤，在20 120 °C空气中干燥0.5 24小时；干燥后的样品在空气气氛中200 600 °C进行热处理rs小时，最终得到氧化铁三维纳米结构。本发明所述的铁盐或亚铁盐为三价铁或二价铁的醋酸盐、硝酸盐、硫酸盐或氯化物中的一种或多种。所述的还原剂为固体形式的还原剂，包括硼氢化钠、硼氢化钾、羟胺、盐酸羟胺、次磷酸钠、柠檬酸钠、草酸钠、硫酸肼、葡萄糖、抗坏血酸、柠檬酸、草酸、氨基酸等中的一种或多种。所述的表面活性剂剂为聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚苯乙烯磺酸钠、十二烧基硫酸纳、十_■烧基苯横酸纳、十TK烧基横酸纳、十TK烧基二甲基漠化按、乙_■胺四乙酸等中的一种或多种。所制得的氧化铁三维纳米结构为由超薄纳米片所组成的分级结构，包括Fe3O4三维纳米结构、Y -Fe2O3三维纳米结构、a -Fe2O3三维纳米结构。与现有技术相比，本发明具有以下优点:以固相化学反应为基础，采用廉价易得的原料，通过简单的研磨或球磨操作，再经过适当的热处理，可制得包括Fe3CV Y-Fe2O3和a-Fe2O3在内的氧化铁三维纳米结构。制备方法简单，产品产率高，易于实现大批量生产等特点都使本发明具有极为广阔的应用前景。
图1为本发明第一实施例制备的Fe3O4三维纳米结构的透射电子显微镜照片。图2为本发明第二实施例制备的a -Fe2O3三维纳米结构的透射电子显微镜照片。图3为本发明第三实施例制备的Fe3O4三维纳米结构的透射电子显微镜照片。
具体实施例方式下面结合具体的实施例对本发明作进一步阐述。这些实施例应理解为仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。在阅读了本发明记载的内容之后，基于本发明的原理对本发明所做出的各种改动或修改同样落入本发明权利要求书所限定的范围。实施例一:
取 3 mmol 的 FeCl2 4H20 (0.60 g)与 6 mmol 的 NaBH4 (0.23 g)，在室温下进行研磨反应40分钟，产物用水、乙醇洗涤，在60 °C`空气中干燥5小时，得到如图1所示的Fe3O4三维纳米结构。实施例二:
取 3 mmol 的 FeCl2 *4H20 (0.60 g)与 6 mmol 的 NaBH4 (0.23 g),再加入 0.87 g 十二烷基硫酸钠，在室温下进行研磨反应40分钟，产物用水、乙醇洗涤，在20 0C空气中干燥24小时，干燥后的样品在空气气氛中600 °C热处理I小时，得到如图2所示的a -Fe2O3三维纳米结构。实施例三:
取 3 mmol 的 FeCl3 6H20 (0.81 g)与 9 mmol 的 NaBH4 (0.34 g)，在室温下进行研磨反应40分钟，产物用水、乙醇洗涤，在30 0C空气中干燥10小时，得到如图3所示的Fe3O4三维纳米结构。
权利要求
1.一种固相化学反应制备氧化铁三维纳米结构的方法，其包括以下步骤:将铁盐或亚铁盐与还原剂混合，可加入表面活性剂，进行研磨或球磨反应，产物经洗涤、干燥和热处理后得到最终的氧化铁三维纳米结构。
2.按照权利要求1所述的一种固相化学反应制备氧化铁三维纳米结构的方法，其特征在于:铁盐或亚铁盐与还原剂的摩尔比为0.f 10:1 ;铁盐或亚铁盐与表面活性剂的质量比为0.ri0:l ;研磨或球磨反应的时间为2(T60分钟；产物分别用水、乙醇洗涤，在2(Tl20 0C空气中干燥0.5 24小时；干燥后的样品在空气气氛中200飞00 0C进行热处理I飞小时。
3.按照权利要求1所述的一种固相化学反应制备氧化铁三维纳米结构的方法，其特征在于:所使用的铁盐或亚铁盐为三价铁或二价铁的醋酸盐、硝酸盐、硫酸盐或氯化物中的一种或多种。
4.按照权利要求1所述的一种固相化学反应制备氧化铁三维纳米结构的方法，其特征在于:所使用的还原剂为固体形式的还原剂，包括硼氢化钠、硼氢化钾、羟胺、盐酸羟胺、次磷酸钠、柠檬酸钠、草酸钠、硫酸肼、葡萄糖、抗坏血酸、柠檬酸、草酸、氨基酸等中的一种或多种。
5.按照权利要求1所述的一种固相化学反应制备氧化铁三维纳米结构的方法，其特征在于:所使用的表面活性剂为聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚苯乙烯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、十六烷基磺酸钠、十六烷基三甲基溴化铵、乙二胺四乙酸等中的一种或多种。
6.按照权利要求1所述的一种固相化学反应制备氧化铁三维纳米结构的方法，其特征在于:所制得的氧化铁三维纳米结构为由超薄纳米片所组成的分级结构，包括Fe3O4三维纳米结构、Y -Fe2O3三维纳米结构、a -Fe2O3三维纳米结构。
全文摘要
一种固相化学反应制备氧化铁三维纳米结构的方法，其是通过铁盐或亚铁盐与还原剂研磨或球磨发生固相化学反应，经过后处理来制得氧化铁三维纳米结构的。在反应过程中可加入表面活性剂来促进三维纳米结构产物的形成。本发明所使用的原料廉价易得，反应操作简单，耗时少，易于进行大批量生产。由本发明方法所制备的氧化铁三维纳米结构具有较大的比表面积，可用作优良的气敏、吸附、催化、电极、载体等材料，具有广阔的应用前景。
文档编号B82Y40/00GK103172124SQ201310132409
公开日2013年6月26日 申请日期2013年4月17日 优先权日2013年4月17日
发明者曹亚丽, 李怡招, 贾殿赠 申请人:新疆大学