CN102674471A

CN102674471A - 花状介孔三氧化二铁纳米材料的制备方法

Info

Publication number: CN102674471A
Application number: CN2012101112310A
Authority: CN
Inventors: 郭林; 周苇; 林丽娟; 牟晓姣
Original assignee: Beihang University
Current assignee: Beihang University
Priority date: 2012-04-16
Filing date: 2012-04-16
Publication date: 2012-09-19

Abstract

本发明涉及一种光催化材料花状介孔三氧化二铁纳米材料的制备方法，属于无机化合物新能源材料制备技术领域。该方法采用溶液法以氢氧化钠，氯化亚铁和十六烷基三甲基溴化铵为原料制备花状介孔三氧化二铁纳米材料。具体方法是室温下将FeCl_2·4H₂O与CTAB溶解在乙二醇中，然后缓慢滴加NaOH乙醇溶液生成前驱体。搅拌1h后将溶液进行回流加热，反应5h。反应结束后离心分离，用去离子水和无水乙醇洗涤多次。将烘干后得到的粉末样品置于马弗炉内，在350℃烧结3h，得到红褐色粉末样品。本发明具有操作简单、原料价格低廉、绿色环保、产率高等优点。

Description

花状介孔三氧化二铁纳米材料的制备方法

技术领域

本发明属于无机化合物新能源材料制备技术领域，涉及一种光催化材料花状介孔三氧化二铁纳米材料的制备方法。

背景技术

在各种半导体材料中，氧化锌、氧化钛以及氧化铁因具有低成本和环境相容性受到广泛的研究。如何提高半导体纳米材料的光催化性能也成为研究的热点。目前，研究者普遍认可两种提高光催化性能的方法，一种是通过调节半导体的组分来降低光生电子-空穴的复合速率，在光催化过程中光生电子-空穴的复合仍然是一个很大的挑战，研究者通常在半导体材料表面沉积金属纳米颗粒或者金属氧化物，通过加速电子转移来抑制光生电子-空穴的复合。另一种巧妙的方法是构造具有高比表面积结构的材料，因为具有高比表面积的纳米材料可以吸收更多的有机污染物，提供更多的反应活性位点以进一步提高材料的降解率。以三氧化二铁纳米材料举例，目前研究者已合成多种结构的三氧化二铁纳米材料，如单晶纳米环、纳米棒、多级纳米螺旋桨、树枝状结构等，其中只有两种形貌具备高比表面积：多级结构和介孔结构(或空心结构)。因此，将两种结构结合在一起合成具有多级介孔结构的光催化材料具有重要的研究意义。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，利用价格低廉的氯化亚铁，氢氧化钠和十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)等为原料，提供一种操作简单、产率高、成本低、绿色环保的花状介孔三氧化二铁纳米材料的制备方法。其包括如下步骤：

第一步，室温下将0.5mmol FeCl_2·4H₂O与1.0g CTAB溶解在50mL乙二醇中，得到混合均匀的浅黄色溶液；

第二步，向第一步中得到的浅黄色溶液中缓慢滴加0.05mol/L的NaOH乙醇溶液10mL，溶液逐渐呈黄黑色；继续在室温下搅拌1小时。

第三步，将第二步中得到的溶液置于三口烧瓶中，并将三口烧瓶置于调温电热套中，加热回流至溶液沸腾，沸腾后溶液逐渐变为青色，保持沸腾5h后停止反应，得到固体沉淀；

第四步，使用离心机将固体沉淀从溶液中分离出来，将固体沉淀先用去离子水洗涤以除去多余的杂质，再用无水乙醇洗涤，经过多次的洗涤、离心后，将沉淀在50℃的烘箱中进行干燥，得到固体粉末。

第五步，将得到的固体粉末放在磁舟中，置于马弗炉内，在350℃烧结3h，自然冷却至室温，得到红褐色粉末，即本发明制备的花状介孔三氧化二铁纳米材料。

在本发明中，如果没有特别地说明，所采用的溶液都是在常规条件下制备的，比如在室温下将物质溶解在水溶液中制备得到的。

在本发明中，如果没有特别地说明，所采用的装置、仪器、设备、材料、工艺、方法、步骤、制备条件等都是本领域常规采用的或者本领域普通技术人员按照本领域常规采用的技术可以容易地获得的。

相比于现有制备多级介孔三氧化二铁材料的化学方法，本发明具有如下优点：

1、采用温和的溶液法，合成方法简单易行，得到的花状介孔三氧化二铁材料尺寸和形貌较为均一。

2、本发明的以价格低廉的氯化亚铁，氢氧化钠和十六烷基三甲基溴化铵等为原料，具有绿色环保节能的优点。

附图说明

图1为本发明所得到的产物的X-射线衍射图。

图2为本发明实施例1所得到的花状羟基氧化铁纳米材料的扫描电镜照片。

图3为本发明实施例2所得到羟基氧化铁烧结后得到的氧化铁纳米材料的扫描电镜照片。

图4为本发明实施例2所得到的超声30分钟后三氧化二铁纳米材料的透射电镜照片。

具体实施方式

下面结合附图和实施例来具体地说明花状介孔三氧化二铁纳米材料的制备方法，但应当理解，这些实施例仅仅用于阐述本发明，而并不以任何方式限制本发明的保护范围。

实施例1：

羟基氧化铁材料的制备：

室温下将0.095g FeCl_2·4H₂O与1.0g CTAB溶解在50mL乙二醇中，得到混合均匀的浅黄色溶液，然后向其中缓慢滴加0.05mol/L的NaOH乙醇溶液10mL，溶液逐渐呈黄黑色，继续在室温下搅拌1小时，溶液变为橙黄色。而后将三口烧瓶置于调温电热套中，加热回流至溶液沸腾，黄色澄清溶液逐渐变黄棕色，可观察到有黄棕色沉淀逐渐生成。沸腾后溶液逐渐变为青色，保持沸腾5h后停止反应，待体系自然冷却后，得到青色沉淀产物。

使用离心机将固体沉淀从溶液中分离出来，将沉淀先用去离子水洗涤以除去多余的杂质，洗涤过程中青色沉淀逐渐变为砖黄色，再用无水乙醇洗涤，最终产物为砖红色。经过多次的洗涤、离心后，将沉淀在50℃的烘箱中进行干燥，得到羟基氧化铁纳米材料，其扫描电镜照片如图2。图2a显示了产物的整体形貌为直径在2～5μm的微米级花状颗粒，图2b为单个花状粒子的放大图片，如图所示，花状结构由300-500nm宽、几微米长的片层组成。

实施例2：

三氧化二铁材料的制备

将干燥后的羟基氧化铁材料放入马弗炉中，在空气中350℃烧结3h，羟基氧化铁受热分解，脱去水分子，得到红色的花状介孔三氧化二铁纳米粉末。所得三氧化二铁材料的X-射线衍射谱图如图1，与标准PDF卡片(JCPDS No.33-0664)的衍射峰较好符合。图中的衍射峰分别对应α-Fe₂O₃的(0，1，2)，(1，0，4)，(1，1，0)，(1，1，3)，(0，2，4)，(1，1，6)，(0，1，8)，(2，1，4)，(3，0，0)和(1，0，10)面的衍射峰。没有其它杂质峰出现，表明产物的纯度很好。其扫描电镜照片如图3。高温烧结下，产物的花状形貌基本保持不变，但片层长度缩短，宽100～300nm，长500nm。

将所得固体粉末超声30分钟，其透射电镜照片如图4，可以看到三氧化二铁表面由长形的小颗粒组成，颗粒之间具有孔洞结构。长形的小颗粒宽度约为10nm，长度约为20nm，可见的孔洞尺寸在10nm左右。

Claims

1.花状介孔三氧化二铁纳米材料的制备方法，其特征在于包括如下制备步骤：

①羟基氧化铁的制备；②烧结生成三氧化二铁。

2.根据权利要求书1所述的花状介孔三氧化二铁纳米材料的制备方法，其特征在于：所述步骤①，室温下将0.095g FeCl_2·4H₂O与1.0g CTAB溶解在50mL乙二醇中，得到混合均匀的浅黄色溶液，然后缓慢滴加0.05mol/L的NaOH乙醇溶液10mL，继续在室温下搅拌1小时，溶液变为橙黄色。此后将溶液加热回流，保持沸腾5h后停止反应，待体系自然冷却后，得到青色沉淀产物。使用离心机将固体沉淀从溶液中分离出来，将沉淀先用去离子水洗涤以除去多余的杂质，洗涤过程中青色沉淀逐渐变为砖黄色，再无水乙醇洗涤，最终产物为砖红色。经过多次的洗涤、离心后，将沉淀在50℃的烘箱中进行干燥，得到羟基氧化铁纳米材料，产物为1-5微米尺寸分布的花状结构，由200-500nm宽、50nm厚的片层组成。

3.根据权利要求书1所述的花状介孔三氧化二铁纳米材料的制备方法，其特征在于：所述步骤②，将干燥后的羟基氧化铁材料放入马弗炉中，在空气中350℃烧结3小时，羟基氧化铁受热分解，得到红色的花状介孔三氧化二铁纳米粉末。高温烧结下，产物的形貌基本保持不变，在材料片层表面产生10nm左右的孔洞。