CN103754961A - 一种制备中空结构铁酸镍多面体的方法 - Google Patents

一种制备中空结构铁酸镍多面体的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种制备中空结构铁酸镍多面体的方法，通过选择适当的无机铁盐、镍盐与一定量的乙二胺四乙酸混合，使其充分溶于短链醇中，形成透明的黄色溶液，边搅拌边逐滴加入氢氧化钠的乙二醇溶液滴定至得到深绿色澄清溶液。将所得溶液转移到聚四氟乙烯内胆的反应釜中密封，在200℃条件下放入鼓风烘箱中反应12-72小时。反应结束后自然冷却至室温。最终产物分别用去离子水和乙醇洗涤若干遍后，在60℃烘箱中干燥4-8小时得到黑色或棕黑色磁性铁酸镍纳米颗粒。实验设备要求简单，操作容易。避免了水做溶剂低沸点的限制。反应过程缓慢可控，能有效地抑制产物的团聚，利于得到分散性较高，粒径和形貌均一的铁酸镍纳米材料。

Description

一种制备中空结构铁酸镍多面体的方法
技术领域
本发明涉及纳米材料领域中中空结构铁酸镍多面体的可控制备方法。属于无机非金属材料领域。
背景技术
镍铁氧体是最为重要的尖晶石结构软磁材料之一，具有矫顽力小、饱和磁化强度高等优点，其广泛应用于电子器件，信息存储，磁共振成像(MRI)，药物传输等领域。而纳米尺寸的，特别是中空结构的镍铁氧体，由于其优异的磁性能和高的比表面积，以及性能稳定性高、毒副作用小、生物安全性好等特性，在纳米磁流体、催化剂、医用靶向材料等方面有着潜在应用前景。
纳米铁氧体磁性材料的物理性能与其尺寸、形貌、结构等密切相关，而产物的尺寸、形貌和结构在很大程度上取决于其制备方法。文献表明，常见的制备中空结构纳米材料的方法中，有两种方法最为常用：一种是采用硬模板法，从空间上限制正在生长的纳米材料的尺寸和形状；另一种则是使用包覆剂(软模板法)来限制纳米材料生长的方向和维数。到目前为止，各种不同形貌和结构的镍铁氧体已成功地被合成出来，例如纳米立方块[Actuators B，2007，123(2)：793～797]，纳米八面体[Solid State Chem.，2005，178(7)：2394～2397]，单分散纳米晶[J.Am.Chem.Soc.2007，129：12374～12375]等。有关亚微米/纳米镍铁氧体多面体中空结构的制备及性能方面的研究相对较少。
发明内容
本发明提供一种技术相对简单、操作容易、成本较低的无模板法一步合成中空结构铁酸镍多面体的方法。通过选择适当的无机铁盐、镍盐与一定量的乙二胺四乙酸混合，使其充分溶于短链醇中，形成透明的黄色溶液，边搅拌边逐滴加入氢氧化钠的乙二醇溶液滴定至得到深绿色澄清溶液。将所得溶液转移到聚四氟乙烯内胆的反应釜中密封，在200℃条件下放入鼓风烘箱中反应12-72小时。反应结束后自然冷却至室温。最终产物分别用去离子水和乙醇洗涤若干遍后，在60℃烘箱中干燥4-8h得到黑色或棕黑色磁性铁酸镍纳米颗粒。
本发明是通过以下方式实现的：
(1)选用无机铁盐和镍盐作为铁氧体金属源。称量物质的量的比为2∶1的无机铁盐和镍盐，一定量的乙二胺四乙酸和表面活性剂，将上述四种物质溶解在短链醇溶剂中，再将上述混合溶液倒入聚四氟乙烯内胆，利用磁力搅拌器边搅拌边用一定浓度的氢氧化钠醇溶液滴定，待充分搅拌后，将盛有混合溶液的聚四氟乙烯内胆放入不锈钢高温高压反应釜中，在恒温鼓风干燥箱内不同的温度下，保温不同的时间，分解得到黑色铁酸镍纳米颗粒。
(2)所述无机铁盐和镍盐为氯化铁和氯化镍，所述的短链溶剂为乙二醇。
(3)所述无机铁盐和镍盐的物质的量的比为2∶1。
(4)所述乙二胺四乙酸的质量为0.6-0.9克。
(5)所述表明活性剂为十六烷基三甲基溴化铵和十二烷基磺酸钠。
(6)所述氢氧化钠与铁盐的的物质的量的比为10∶1。
(7)所述的热分解反应在200℃温度下进行12-72小时。
本发明与现有工艺技术相比具有以下优点：
(1)本发明是采用溶剂热法制备中空结构铁酸镍多面体。反应在无水的反应釜中进行，加热装置为恒温鼓风干燥箱，实验设备要求简单，操作容易。
(2)本发明是在具有较高沸点的有机溶剂中反应，避免了水做溶剂低沸点的限制。反应过程缓慢可控，能有效地抑制产物的团聚，利于得到分散性较高，粒径和形貌均一的铁酸镍纳米材料。
(3)本发明制备得到的中空结构多面体形貌规则、大小均一。
附图说明
通过参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例，本发明的以上和其它方面及优点将变得更加易于清楚，在附图中：
图1为本发明的一种制备中空结构铁酸镍多面体的方法的X射线衍射物相分析图；
图2为本发明的一种制备中空结构铁酸镍多面体的方法的产物的扫描电镜照片和透射电镜照片图。
具体实施方式
在下文中，现在将参照附图更充分地描述本发明，在附图中示出了各种实施例。然而，本发明可以以许多不同的形式来实施，且不应该解释为局限于在此阐述的实施例。相反，提供这些实施例使得本公开将是彻底和完全的，并将本发明的范围充分地传达给本领域技术人员。
在下文中，将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。
实施例1
称量摩尔比为1∶2的NiCl2·6H2O(1mmol)、FeCl3·6H2O(2mmol)和0.9g EDTA溶于10mL乙二醇中，形成黄色清澈透明溶液；再边搅拌边逐滴加入含20mmol氢氧化钠的乙二醇溶液，直至得到深绿色澄清溶液；最后将所得溶液转移到50mL的聚四氟乙烯反应釜中密封，在200℃条件下放入鼓风烘箱(DZF-6050)中反应24小时。反应结束后，反应釜自然冷却至室温。取出反应釜内胆，倒去上清液，加入去离子水和乙醇，用超声波(KQ5200DB)超声洗涤，再用离心机(TGL-16G)离心，重复上述过程洗涤四次，在60℃烘箱中干燥6h得到黑色或棕黑色产物。经X射线衍射物相分析(附图1)得出，黑色磁性粉末为NiFe2O4(JCPDS No.44-1485)，峰型尖锐，无其他物相杂峰，择优生长晶面是(311)晶面。从产物的扫描电镜(附图2A)和透射电镜照片(附图2B)可以看到样品具有多面体结构，分散性好，尺寸均一，直径在140-190nm。部分破损的多面体呈现空心笼状结构，表明制得的样品具有一定的中空结构。
以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明。本发明可以有各种合适的更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种制备中空结构铁酸镍多面体的方法，其特征在于所述方法包括如下步骤：
选用无机铁盐和镍盐作为铁氧体金属源，称量物质的量的比为2∶1的无机铁盐和镍盐，一定量的乙二胺四乙酸和表面活性剂，将上述四种物质溶解在短链醇溶剂中，再将上述混合溶液倒入聚四氟乙烯内胆，利用磁力搅拌器边搅拌边用一定浓度的氢氧化钠醇溶液滴定，待充分搅拌后，将盛有混合溶液的聚四氟乙烯内胆放入不锈钢高温高压反应釜中，在恒温鼓风干燥箱内不同的温度下，保温不同的时间，热分解反应得到黑色铁酸镍纳米颗粒。
2.如权利要求1所述的一种制备中空结构铁酸镍多面体的方法，其特征在于：所述无机铁盐和镍盐为氯化铁和氯化镍，所述的短链醇溶剂为乙二醇。
3.如权利要求1所述的一种制备中空结构铁酸镍多面体的方法，其特征在于：
所述乙二胺四乙酸的质量为0.6-0.9克。
4.如权利要求1所述的一种制备中空结构铁酸镍多面体的方法，其特征在于：所述表明活性剂为十六烷基三甲基溴化铵和十二烷基磺酸钠。
5.如权利要求1所述的一种制备中空结构铁酸镍多面体的方法，其特征在于：所述氢氧化钠与铁盐的的物质的量的比为10∶1。
6.如权利要求1所述的一种制备中空结构铁酸镍多面体的方法，其特征在于：所述的热分解反应在200℃温度下进行12-72小时。
7.如权利要求1所述的一种制备中空结构铁酸镍多面体的方法，其特征在于：热分解反应后分别用去离子水和乙醇洗涤若干遍后，在60℃烘箱中干燥4-8小时得到黑色或棕黑色磁性铁酸镍纳米颗粒。
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