CN102275997A - 纳米晶构筑的多孔氧化铁及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种纳米晶构筑的多孔氧化铁及其制备方法。用含有二价铁离子的水溶液和含有草酸根的水溶液进行水热反应，首先制备出前躯体草酸亚铁，该草酸亚铁为微米级的条形形貌；然后对前躯体草酸亚铁进行热处理，得到纳米晶构筑的多孔氧化铁。本发明中的纳米晶构筑的多孔氧化铁由均匀的纳米颗粒组成，具有较大的比表面积，为氧化铁的应用提供了极好的条件。本发明的突出优点在于本合成方法得到的多孔氧化铁具有规整的条形宏观形貌，同时构筑多孔结构的次级颗粒为纳米颗粒，可以满足电极材料、催化材料等应用领域对氧化铁材料大比表面积的要求。且本发明提供的方法简便可控，易于实现工业化生产。

Description

纳米晶构筑的多孔氧化铁及其制备方法

技术领域

本发明涉及过渡金属氧化物纳米材料及多孔材料的制备方法，尤其是涉及一种纳米晶构筑的多孔氧化铁及其制备方法。

背景技术

氧化铁是一种重要的过渡金属氧化物，目前已经在催化，染料，磁性材料，气敏材料以及锂离子电池材料等方面得到广泛的应用，同时还作为合成γ-Fe₂O₃的原料。除了这些常规应用中，多孔氧化铁还可以作为药物载体。其中在锂离子电池材料和气敏材料方面研究的最为广泛。纳米级的氧化铁相对于微米级的氧化铁在锂离子电池材料方面展现出更好的电性能和稳定性，因为较小的粒子可以减少锂离子扩散的距离；而且研究发现纳米级的氧化铁的气体敏感性明显优于微米级的氧化铁，这是由于纳米颗粒之间的孔道更有利于气体扩散，同时也为气体的化学吸附提供更多的活性位点。

目前制备多孔氧化铁的方法一般仅限于模板法，它包括硬模板法和软模板法，其中硬模板法是用具有良好孔道的介孔的硅胶或碳，可以对产物的结构产生巨大的影响。软模板法一般是用表面活性剂或者具有长链结构的高分子材料为结构的组装提供协助因子。但是硬模板法制备方法复杂，软模板法在去除中存在残留问题。因此寻找一种简单可控，易于生产的制备方法具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种纳米晶构筑的多孔氧化铁及其制备方法。

一、一种纳米晶构筑成的多孔氧化铁：

由纳米氧化铁构筑成的多孔氧化铁为条形状结构；所述的条形状结构其长为3-5微米，宽为2-3微米，高为1-2微米，形成的多孔结构的氧化铁的纳米晶氧化铁的粒子尺寸为100-300纳米。

二、一种纳米晶构筑成的多孔氧化铁的制备方法：

用含有二价铁离子的水溶液与含有草酸根离子的水溶液均匀混合，进行水热反应，制备出条形状前驱体草酸亚铁；然后对合成的条形状草酸亚铁进行热处理，得到纳米晶构筑成的多孔氧化铁。

所述的含有二价铁离子的水溶液中二价铁离子的浓度为0.05~0.2mol/L；含有草酸根离子的水溶液中草酸根离子的浓度为0.05~0.2mol/L；水热反应过程中，二价铁离子和草酸根离子的物质的量比例为1.2~1:1；水热反应温度为80-120℃，水热反应时间为：8-12h；热处理条件为：升温速率为1~5℃/min，煅烧温度为500~600℃，煅烧时间为2-4h。

所述的含有草酸根离子的水溶液为钾、钠或铵的草酸盐水溶液。

所述的含有二价铁离子的水溶液为硫酸亚铁水溶液或硫酸亚铁铵水溶液。

本发明具有的有益效果是：

在水溶液中通过草酸盐和二价铁盐的离子沉淀作用，合成出结晶性良好的，单分散的条形草酸亚铁。并以所得的草酸亚铁为前躯体通过煅烧，制得的条形纳米晶构筑的多孔氧化铁。本发明的突出优点在于本合成方法得到的多孔氧化铁具有规整的条形宏观形貌，同时构筑多孔结构的次级颗粒为纳米颗粒，可以满足电极材料、催化材料等应用领域对氧化铁材料大比表面积的要求。且本发明提供的方法简便可控，易于实现工业化生产。

附图说明

图1是实施例1所得前躯体的XRD图。

图2是实施例1所得产物的XRD图。

图3是实施例1所得前躯体和产物的电镜照片。

图4是实施例2所得产物的电镜照片。

图5是实施例3所得产物的电镜照片。

具体实施方式

实施例1：

将1.47g草酸钾溶于40.0mL去离子水中搅拌使其均匀分散在溶液中，草酸根的浓度为0.2mol/L；将3.14g硫酸亚铁铵溶于40.0mL去离子水中，搅拌使其均匀分散在溶液中，硫酸亚铁铵的浓度为0.2mol/L。然后在不断的搅拌下把草酸钾溶液缓慢的加入到硫酸亚铁铵溶液中，二价铁离子和草酸根离子的物质的量比例为1:1。反应完毕后转移到100mL水热釜中，在120℃下反应10小时，所得产物在80℃下干燥5个小时得到条形状前躯体。图1是前躯体的XRD图谱，该图谱与标准草酸亚铁XRD数据（JCPDSNo.23-0293）吻合，说明前躯体的结晶相物质是草酸亚铁。将干燥好的前躯体草酸亚铁放置于马弗炉中，以2℃/min的升温速率升温至500℃并保温2小时，然后随炉温缓慢冷却到室温，得到纳米构筑的多孔氧化铁。图2是该产物的XRD图谱，该图谱与标准氧化铁的XRD数据（JCPDSNo.33-0664）吻合，说明得到的产物是氧化铁。图3是前躯体和产物的电镜照片，图中a: 前躯体，b:氧化铁，明显可以看出方形聚集体的长约为5微米，宽高均为2微米。形成的多孔结构的氧化铁的纳米晶氧化铁的离子尺寸为100-300纳米。

实施例2：

将0.88g草酸钾溶于40.0mL去离子水中，搅拌使其均匀分散在溶液中，草酸根的浓度为0.12mol/L；将1.12g硫酸亚铁溶于40.0mL去离子水中，搅拌使其均匀分散在溶液中，硫酸亚铁的浓度为0.1mol/L。然后在不断的搅拌下把草酸钾溶液缓慢的加入到硫酸亚铁溶液中，二价铁离子和草酸根离子的物质的量比例为1.2:1。反应完毕后转移到100mL水热釜中，在100℃下反应12个小时，所得产物在80℃下干燥5个小时得到条形状前躯体。将干燥好的前躯体草酸亚铁放置于马弗炉中，以5℃/min的升温速率升温至600℃并保温4小时，然后随炉温缓慢冷却到室温，得到纳米构筑的多孔氧化铁。所得产物的电镜照片如图4所示，图中明显看出形成的多孔结构的氧化铁的纳米晶氧化铁的离子尺寸大约为300纳米。

实施例3：

将0.37g草酸钠溶于40.0mL去离子水中，搅拌使其均匀分散在溶液中，草酸根的浓度为0.05mol/L；将0.800g硫酸亚铁铵溶于40.0mL去离子水中，搅拌使其均匀分散在溶液中，硫酸亚铁铵的浓度为0.05mol/L；然后在不断的搅拌下把草酸钠溶液缓慢的加入到硫酸亚铁铵溶液中，二价铁离子和草酸根离子的物质的量比例为1:1。反应完毕后转移到100mL水热釜中，在80℃下反应8个小时，所得产物在80℃下干燥5个小时得到条形状前躯体。将干燥好的前躯体草酸亚铁放置于马弗炉中，以2℃/min的升温速率升温至600℃并保温4小时，然后随炉温缓慢冷却到室温，得到纳米构筑的多孔氧化铁。所得产物的电镜照片如图5所示，图中明显看出形成的多孔结构的氧化铁的纳米晶氧化铁的离子尺寸为300纳米。

Claims (5)

1.一种纳米晶构筑成的多孔氧化铁，其特征在于：由纳米氧化铁构筑成的多孔氧化铁为条形状结构；所述的条形状结构其长为3-5微米，宽为2-3微米，高为1-2微米，形成的多孔结构的氧化铁的纳米晶氧化铁的粒子尺寸为100-300纳米。

2.一种纳米晶构筑成的多孔氧化铁的制备方法，其特征在于该方法的步骤如下：用含有二价铁离子的水溶液与含有草酸根离子的水溶液均匀混合，进行水热反应，制备出条形状前驱体草酸亚铁；然后对合成的条形状草酸亚铁进行热处理，得到纳米晶构筑成的多孔氧化铁。

3.根据权利要求2所述的一种纳米晶构筑成的多孔氧化铁的制备方法，其特征在于：所述的含有二价铁离子的水溶液中二价铁离子的浓度为0.05~0.2mol/L；含有草酸根离子的水溶液中草酸根离子的浓度为0.05~0.2mol/L；水热反应过程中，二价铁离子和草酸根离子的物质的量比例为1.2~1:1；水热反应温度为80-120℃，水热反应时间为：8-12h；热处理条件为：升温速率为1~5℃/min，煅烧温度为500~600℃，煅烧时间为2-4h。

4.根据权利要求2所述的一种纳米晶构筑成的多孔氧化铁的制备方法，其特征在于：所述的含有草酸根离子的水溶液为钾、钠或铵的草酸盐水溶液。

5.根据权利要求2所述的一种纳米晶构筑成的多孔氧化铁的制备方法，其特征在于：所述的含有二价铁离子的水溶液为硫酸亚铁水溶液或硫酸亚铁铵水溶液。

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