CN103922421B - 一种α‑Fe2O3的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种α‑Fe₂O₃的制备方法，包括下述步骤：称取重量比为3.6∶1∶0.25的六水三氯化铁、均苯三甲酸、2‑甲基咪唑，加入到水和N，N‑二甲基甲酰胺的混合溶液中，室温下搅拌使原料混合均匀，得到溶剂热反应的前驱液；将所得的前驱液移入聚四氟乙烯内衬的反应釜中，再将反应釜放入烘箱中，在温度150℃下保温24小时；待反应温度降至室温后，将反应釜取出，离心分离并用无水乙醇将沉淀物洗涤三次，在60℃烘箱中恒温干燥，得到α‑Fe₂O₃纳米球。与现有技术相比，本发明一种α‑Fe₂O₃的制备方法，该方法反应温度低、产量大、重复性高、工艺简单和环境友好；另外，还可以通过简单调节N，N‑二甲基甲酰胺和水的比例，制备出一系列形貌可控、结晶性良好，尺寸分布窄的α‑Fe₂O₃材料。

Description

一种α-Fe2O3的制备方法

技术领域

本发明涉及无机材料和功能材料制备工艺技术领域，特别是一种α-Fe₂O₃的制备方法。

背景技术

温和地合成具有可控尺寸和特定形貌的金属氧化物在过去几十年一直受到科研工作者的广泛关注。特别是，那些具有均一形貌和高度单分散性的金属氧化物能够很容易被制成纳米器件，这对于纳米科学和纳米技术的发展是必不可少的。作为一种n型半导体，赤铁矿(α-Fe₂O₃)的能隙为2.1eV，是氧化铁家族中热力学性质最稳定的相。它具有无毒性、低加工成本、耐腐蚀、高的理论比容量(1007mAh g^-1)等特点，可以被广泛地应用于气体传感、染料、化学催化、水处理、电磁波吸收、光催化和锂离子电池等诸多领域。因此，设计合成具有特定形貌、可控尺寸和高度分散性的α-Fe₂O₃对于实际应用具有重大意义。

近年来，科研工作者通过溶胶-凝胶法、微波合成、化学沉淀、反向胶束等途径合成出各种形貌的α-Fe₂O₃。但大多数都存在过程复杂、条件苛刻、产量低产率小等特点，限制了它们的实际应用。最近，有文献报道通过直接热分解金属有机框架而获得多孔的α-Fe₂O₃。虽然该方法简单可行，但金属有机框架前驱体则受到合成过程复杂、反应周期长、有机配体价格昂贵等限制因素。传统的溶剂热方法虽然实现了产品的高产量，但采用表面活性剂调控反应过程而获得的产品尺 寸较大，使得性能表现一般。为此，研究一种温和简单的方法来快速高效制备形貌新颖可控、尺寸小且单分散的α-Fe₂O₃显得尤为重要。

发明内容

本发明的目的是要提供一种α-Fe₂O₃的制备方法，该方法反应温度低、产量大、重复性高、工艺简单和环境友好。

为达到上述目的，本发明是按照以下技术方案实施的：

一种α-Fe₂O₃的制备方法，包括下述步骤：

1)称取重量比为3.6∶1∶0.25的六水三氯化铁、均苯三甲酸、2-甲基咪唑，加入到水和N，N-二甲基甲酰胺的混合溶液中，室温下搅拌使原料混合均匀，得到溶剂热反应的前驱液；

2)将所得的前驱液移入聚四氟乙烯内衬的反应釜中，再将反应釜放入烘箱中，在温度150℃下保温24小时；

3)待反应温度降至室温后，将反应釜取出，离心分离并用无水乙醇将沉淀物洗涤三次，在60℃烘箱中恒温干燥，得到α-Fe₂O₃纳米球。

作为本发明的进一步优选方案，所述步骤1)中N，N-二甲基甲酰胺和水的比例为13.5-5∶1.5-10。

与现有技术相比，本发明一种α-Fe₂O₃的制备方法，该方法反应温度低、产量大、重复性高、工艺简单和环境友好；另外，还可以通过简单调节N，N-二甲基甲酰胺和水的比例，制备出一系列形貌可控、结晶性良好，尺寸分布窄的α-Fe₂O₃材料。

附图说明

图1是采用不同比例水和N，N-二甲基甲酰胺的混合溶剂(R＝V_DMF∶V_水)得到α-Fe₂O₃纳米结构的XRD图谱(a为R＝9.0，b为R＝5.0，c为R＝2.0，d为R＝0.5)；

图2是采用不同比例水和N，N-二甲基甲酰胺(DMF)的混合溶剂(R＝V_DMF∶V_水)得到α-Fe₂O₃纳米结构的透射电子显微镜照片(a为R＝9.0，b为R＝5.0，c为R＝2.0，d为R＝0.5)；

图3是采用不同比例水和N，N-二甲基甲酰胺(DMF)的混合溶剂(R＝V_DMF∶V_水)得到α-Fe₂O₃纳米结构的红外光谱谱图(a为R＝9.0，b为R＝5.0，c为R＝2.0，d为R＝0.5)；

图4是采用不同比例水和N，N-二甲基甲酰胺(DMF)的混合溶剂(R＝V_DMF∶V_水)得到α-Fe₂O₃纳米结构的热重曲线图(a为R＝5.0，b为R＝0.5)。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步描述，在此发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

实施例1

1)称取0.36g六水三氯化铁、100mg均苯三甲酸和25mg2-甲基咪唑，加入到1.5ml水和13.5ml N，N-二甲基甲酰胺的混合溶液中，室温搅拌使原料混合均匀，得到溶剂热反应的前驱液；

2)将所得的前驱液移入容积为25mL聚四氟乙烯内衬的反应釜中，再将反应釜放入烘箱中，在温度150℃下保温24小时后停止反应；

3)待反应温度降至室温后，取出反应釜中的沉淀物；

4)离心分离并用无水乙醇将沉淀物洗涤三次；

5)在60℃下恒温干燥过夜，取出装入样品袋待测。

实施例2

1)称取0.36g六水三氯化铁、100mg均苯三甲酸和25mg2-甲基咪唑，加入到2.5ml水和12.5mlN，N-二甲基甲酰胺的混合溶液中，室温搅拌使原料混合均匀，得到溶剂热反应的前驱液；

2)将所得的前驱液移入容积为25mL聚四氟乙烯内衬的反应釜中，再将反应釜放入烘箱中，在温度150℃下保温24小时后停止反应；

3)待反应温度降至室温后，取出反应釜中的沉淀物；

4)离心分离并用无水乙醇将沉淀物洗涤三次；

5)在60℃下恒温干燥过夜，取出装入样品袋待测。

实施例3

1)称取0.36g六水三氯化铁、100mg均苯三甲酸和25mg2-甲基咪唑，加入到5ml水和10ml N，N-二甲基甲酰胺的混合溶液中，室温搅拌使原料混合均匀，得到溶剂热反应的前驱液；

2)将所得的前驱液移入容积为25mL聚四氟乙烯内衬的反应釜中，再将反应釜放入烘箱中，在温度150℃下保温24小时后停止反应；

3)待反应温度降至室温后，取出反应釜中的沉淀物；

4)离心分离并用无水乙醇将沉淀物洗涤三次；

5)在60℃下恒温干燥过夜，取出装入样品袋待测。

实施例4

1)称取0.36g六水三氯化铁、100mg均苯三甲酸和25mg2-甲基咪唑，加入到10ml水和5ml N，N-二甲基甲酰胺的混合溶液中，室温搅拌使原料混合均匀，得到溶剂热反应的前驱液；

2)将所得的前驱液移入容积为25mL聚四氟乙烯内衬的反应釜中，再将反应釜放入烘箱中，在温度150℃下保温24小时后停止反应；

3)待反应温度降至室温后，取出反应釜中的沉淀物；

4)离心分离并用无水乙醇将沉淀物洗涤三次；

5)在60℃下恒温干燥过夜，取出装入样品袋待测。

将实施例1、实施例2、实施例3和实施例4得到的α-Fe₂O₃纳米结构进行X射线衍射分析得到的XRD图谱如图1所示，可以看出制得的α-Fe₂O₃样品结晶度良好，都为三方晶系的赤铁矿相。

将实施例1、实施例2、实施例3和实施例4得到的α-Fe₂O₃纳米结构进行透射电子显微镜分析得到透射电子显微镜照片如图2，可以看出通过调节混合溶剂的比例，获得了一系列不同形貌和尺寸的α-Fe₂O₃纳米结构。

将实施例1、实施例2、实施例3和实施例4得到的α-Fe₂O₃纳米结构进行红外光谱测试得到红外光谱谱图如图3，可以看出溶剂中水占的比例越小，均苯三甲酸在1350-1650cm^-1范围内的苯环特征峰越强。

实施例1、实施例2、实施例3和实施例4得到的α-Fe₂O₃纳米结构的热重曲线图如图4所示，可以看出到达1000℃时样品的重量损失仅不到8％，说明样品具有良好的热稳定性。

本发明的技术方案不限于上述具体实施例的限制，凡是根据本发明的技术方案做出的技术变形，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种α-Fe₂O₃的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：

1)称取重量比为3.6∶1∶0.25的六水三氯化铁、均苯三甲酸、2-甲基咪唑，加入到水和N，N-二甲基甲酰胺的混合溶液中，室温下搅拌使原料混合均匀，得到溶剂热反应的前驱液；

2)将所得的前驱液移入聚四氟乙烯内衬的反应釜中，再将反应釜放入烘箱中，在温度150℃下保温24小时；

3)待反应温度降至室温后，将反应釜取出，离心分离并用无水乙醇将沉淀物洗涤三次，在60℃烘箱中恒温干燥，得到α-Fe₂O₃纳米球。

2.根据权利要求1所述的α-Fe₂O₃的制备方法，其特征在于：所述步骤1)中N，N-二甲基甲酰胺和水的体积比例为13.5-5∶1.5-10。