CN103771533A - 一种花状分级结构α-Fe2O3微球的制备方法 - Google Patents

Abstract

一种花状分级结构α-Fe₂O₃微球的制备方法，步骤是：将七水合硫酸亚铁晶体溶于去离子水中，再加入柠檬酸钠得到混合溶液；将六次甲基四胺粉体溶于去离子水中得到六次甲基四胺溶液；将等体积的六次甲基四胺溶液加入到混合溶液中，水浴反应后得到反应溶液；将反应溶液静置后离心弃除上清液，将沉淀物用水和无水乙醇洗涤后干燥，得到α-Fe₂O₃前驱体花状分级结构微球；将上述微球升温至300-500^oC并保温2h，即可制得目标物。本发明的优点：该制备方法工艺简单、操作方便、成本低，制备的氧化铁分级结构微球具有较大比表面积，在前驱体向α-Fe₂O₃转变过程中，结构形貌保持完好，可用作气敏材料、光催化或催化剂载体等。

Description

一种花状分级结构α-Fe2O3微球的制备方法

技术领域

 本发明涉及无机纳米材料的制备，具体涉及一种花状分级结构α-Fe₂O₃微球及其制备方法。

背景技术

随着纳米科技的不断进步，零维（纳米颗粒）、一维（纳米线、纳米棒、纳米管等）和二维（纳米片）纳米结构都已经被成功合成。如何将它们组装成集合结构从而发挥更好的物理化学性能，已成为国内外研究的重点。分级结构作为纳米结构的一种，就是将低维的纳米结构单元（纳米线、纳米棒、纳米带、纳米片等）组装起来，从而使其既具有纳米尺度物质单元的许多特性如量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应等，又具有许多由这些纳米尺度的物质单元集合后所产生的新的物理化学特性，参见：Jong-Heun Lee, Sens. Actuator B, 2009, 140, 319-333。分级结构的纳米材料制备方法有很多种，不同的制备方法对纳米材料的微结构和性能调控具有重要影响。

α-Fe₂O₃是铁氧化物中最稳定的一种结构，由于其独特的物理化学特性以及在磁性材料、气敏传感器、催化剂、锂离子电池、吸附剂、生物医疗等领域的广泛应用，受到了国内外研究者的极大关注。分级结构α-Fe₂O₃不但具有纳米粒子、纳米线、纳米棒、纳米管、纳米片等低维纳米α-Fe₂O₃所具有的特性，而且拥有许多集合而产生的新的物理化学特性。因此，探索制备具有分级结构的α-Fe₂O₃并研究其性能具有重要意义。

近年来已有报导以乙二醇为溶剂通过水热反应合成了具有分级结构的α-Fe₂O₃，参见：Lili Wang, Teng Fei, Zheng Lou, Tong Zhang, ACS Appl. Mater. Interfaces, 2011, 3, 4689-4694。该制备方法以乙二醇为溶剂，在160^oC下水热反应8 h，但是该方法在高温高压下进行条件苛刻、不够绿色环保，且合成过程需要昂贵的技术设备，制备成本高。

发明内容

本发明的目的是针对上述现有技术存在的不足，提出一种工艺简单、操作简便、形貌可控、产量高、产品质量稳定的分级结构α-Fe₂O₃制备方法。

本发明的技术方案：

一种花状分级结构α-Fe₂O₃微球的制备方法，步骤如下：

1）将七水合硫酸亚铁晶体溶于去离子水中，得到浓度为0.01-0.025 mol/L的硫酸亚铁溶液，在硫酸亚铁溶液中加入柠檬酸钠，室温下磁力搅拌直至完全溶解，得到混合溶液，柠檬酸钠在混合溶液中的浓度为≤0.01 mol/L；

2）将六次甲基四胺粉体溶于去离子水中，室温下磁力搅拌使其完全溶解得到浓度为0.01-0.025 mol/L的六次甲基四胺溶液；

3）将等体积的六次甲基四胺溶液加入到上述混合溶液中，室温下磁力搅拌5 min使混合均匀，在70-95^oC下水浴反应0.1-6 h，得到反应溶液；

4）将反应溶液静置后，在2000-10000 r/min转速下离心1-5 min，弃除上清液，将得到的沉淀物分别用水和无水乙醇重复洗涤3-6次，在60-90^oC下干燥6-24 h，得到α-Fe₂O₃前驱体花状分级结构微球；

5）将干燥的前驱体花状分级结构微球放入马弗炉中，以2-5^oC/min的升温速率升温至300-500^oC并保温2 h，即可制得α-Fe₂O₃花状分级结构微球。

本发明的优点是：该制备方法工艺简单、操作方便、反应条件温和、成本低，所制备的氧化铁分级结构微球具有较大的比表面积，在前驱体向α-Fe₂O₃转变过程中，结构形貌保持完好，可用作气敏材料、光催化或催化剂载体等。

【附图说明】

图1为α-Fe₂O₃前驱体及α-Fe₂O₃的X射线衍射(XRD)图。

图2为α-Fe₂O₃前驱体的扫描电子显微镜(SEM)照片。

图3为α-Fe₂O₃的扫描电子显微镜(SEM)照片。

【具体实施方式】

下面通过具体的实施例对本发明作进一步详细说明。

实施例：

一种花状分级结构α-Fe₂O₃微球的制备方法，步骤如下：

1）将七水合硫酸亚铁晶体溶于去离子水中，得到浓度为0.025 mol/L的硫酸亚铁溶液，在硫酸亚铁溶液加入柠檬酸钠，室温下磁力搅拌直至完全溶解，得到混合溶液，柠檬酸钠在混合溶液中的浓度为0.008 mol/L

2）将六次甲基四胺粉体溶于去离子水中，室温下磁力搅拌使其完全溶解得到浓度为0.025 mol/L的六次甲基四胺溶液

3）将等体积的六次甲基四胺溶液加入到上述混合溶液中，室温下磁力搅拌5 min使混合均匀，在95^oC下水浴反应5 h，得到反应溶液；

4）将反应溶液静置12 h后，在10000 r/min转速下离心1 min，弃除上清液，将得到的沉淀物分别用水和无水乙醇重复洗涤3次，在60^oC下干燥12 h，得到α-Fe₂O₃前驱体花状分级结构微球；

5）将干燥的前驱体花状分级结构微球放入马弗炉中，以5^oC/min的升温速率升温至400^oC并保温2 h，即可制得α-Fe₂O₃花状分级结构微球。

图1为所制备的前驱体和α-Fe₂O₃花状分级结构微球的XRD图谱。图1(a)中的衍射峰宽化，表明前驱体是无定型态。图1(b)是热处理后得到样品的XRD图谱，所有衍射峰都经与标准谱图（JCPDS卡片No.33-0664）吻合的很好，说明前驱体已经完全转化为α-Fe₂O₃，而且所得样品为纯净的α-Fe₂O₃。

图2为所制备的前驱体样品在不同倍数下的SEM照片。从照片可以看出，前驱体是由纳米片构筑成的花状分级结构微球，纳米片厚度为30-50 nm，微球的直径为2-4 μm。通过控制反应条件，可以实现对前驱体形貌和微结构的调控。

图3为所制备的α-Fe₂O₃样品在不同倍数下的SEM照片。从照片可以看出，所制备的α-Fe₂O₃花状分级结构微球也是由纳米薄片构筑而成的，片层厚度为20-40 nm，而且在前驱体向α-Fe₂O₃转变的过程中，微球的结构形貌保持完好。此外，α-Fe₂O₃花状分级结构微球的气敏性能良好，在300^oC下对100 ppm乙醇的灵敏度为12，响应恢复时间仅有5 s和11 s。

上述实施例是本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，在未背离本发明的原理与工艺过程下所作的其它任何改变、替代、简化等，均为等效的置换，都应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种花状分级结构α-Fe₂O₃微球的制备方法，其特征在于步骤如下：

1）将七水合硫酸亚铁晶体溶于去离子水中，得到浓度为0.01-0.025 mol/L的硫酸亚铁溶液，在硫酸亚铁溶液加入柠檬酸钠，室温下磁力搅拌直至完全溶解，得到混合溶液，柠檬酸钠在混合溶液中的浓度为≤0.01 mol/L；

2）将六次甲基四胺粉体溶于去离子水中，室温下磁力搅拌使其完全溶解得到浓度为0.01-0.025 mol/L的六次甲基四胺溶液；

3）将等体积的六次甲基四胺溶液加入到上述混合溶液中，室温下磁力搅拌5 min使混合均匀，在70-95^oC下水浴反应0.1-6 h，得到反应溶液；

4）将反应溶液静置后，在2000-10000 r/min转速下离心1-5 min，弃除上清液，将得到的沉淀物分别用水和无水乙醇重复洗涤3-6次，在60-90^oC下干燥6-24 h，得到α-Fe₂O₃前驱体花状分级结构微球；

5）将干燥的前驱体花状分级结构微球放入马弗炉中，以2-5^oC/min的升温速率升温至300-500^oC并保温2 h，即可制得α-Fe₂O₃花状分级结构微球。

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