CN105800693B - 一种α‑FeOOH三维多级微球的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于纳米材料制备技术领域，涉及一种α‑FeOOH三维多级微球的制备方法，以FeSO4·7H2O和CH3COONa为反应原料，以水为溶剂，利用水热合成方法制备由一维α‑FeOOH纳米棒组装而成的三维多级微球结构，制备过程简单，不需要特殊的反应设备，反应温度低，易于批量生产，且产品的微观形貌可控，对氧化铁纳米材料的制备和应用研究具有潜在价值。

Description

一种α-FeOOH三维多级微球的制备方法
技术领域：
本发明属于纳米材料制备技术领域，涉及一种α-FeOOH三维多级微球的制备方法，特别是一种由纳米棒组装成的α-FeOOH多级微球的制备方法。
背景技术：
氧化铁是一种重要的无机氧化物材料，在众多领域中如釉料、油漆、橡胶、催化剂、磁性材料、气体传感器等领域中具有重要的应用，因而，氧化铁纳米材料的制备受到研究者广泛的关注。FeOOH是制备氧化铁的一种非常重要的前驱体，通过制备具有特殊形貌的FeOOH，然后通过受热分解得到具有特殊形貌的氧化铁纳米材料，进而可以研究氧化铁材料的形貌结构与性能之间的关联。目前，制备FeOOH的主要方法是化学法，通过铁的无机盐水溶液在加热中发生水解产生FeOOH，文献中针对FeOOH一维纳米棒形貌已经存在很多报道，但是对于由一维纳米棒组装成的三维多级微球结构报道较少。
FeOOH主要包含α-FeOOH、β-FeOOH、γ-FeOOH几种晶相，其中α-FeOOH和β-FeOOH晶型较稳定，但是目前文献中存在大量的报道均是涉及β-FeOOH，例如，“N.K.Chaudhari,J.-S.Yu,J.Phys.Chem.C,2008,112,19957-19962.”报道利用FeCl3·6H2O、HCl、Na2SO4为反应物在120℃反应24h制备β-FeOOH纳米棒；“X.Wang,X.Chen,L.Gao,H.Zheng,M.Ji,C.Tang,T.Shen,Z.Zhang,J.Mater.Chem.,2004,14,905-907.”报道了利用FeCl3·6H2O、CTAB为反应物60–80℃反应12h制备β-FeOOH纳米棒；“J.Jung,K.Song,D.R.Bae,S.W.Lee,G.Lee,Y.-M.Kang,Nanoscale,2013,5,11845-11849.”报道利用FeCl3·6H2O为反应物，乙醇为溶剂，通过超声制备β-FeOOH纳米棒。与β-FeOOH相比，文献中关于α-FeOOH纳米形貌的报道较少，例如文献“Y.Wang,J.Cao,S.Wang,X.Guo,J.Zhang,H.Xia,S.Zhang,S.Wu,J.Phys.Chem.C,2008,112,17804-17808.”报道了在40℃利用FeSO4·7H2O和CH3COONa水解制备α-FeOOH纳米棒；“F.Meng,S.A.Morin,S.Jin,J.Am.Chem.Soc.,2011,133,8408-8411.”报道了利用FeCl2和Fe金属粒子为反应物通过“连续流动反应器”制备α-FeOOH纳米棒纳米线；专利“任召辉,陈芳,韩高荣,沈鸽，一种α-FeOOH纳米片及其制备方法，CN201410726230.6”报道了二维α-FeOOH纳米片的制备，这些文献或专利均是关于β-FeOOH和α-FeOOH一维和二维纳米结构的报道，对于一维纳米棒组装成的三维多级微球结构报道甚少。最近，“B.Wang,H.Wu,L.Yu,R.Xu,T.T.Lim,X.W.Lou,Adv.Mater.,2012,24,1111-1116.”报道了以FeSO4·7H2O为反应物，以乙二醇和和水为混合溶剂，在120℃反应24h制备α-FeOOH多级微球，但是该方法制备过程耗时较长。因而，发展一种快速的、低温溶液法制备α-FeOOH多级微球对研究氧化铁纳米材料制备和应用科学具有重要意义。
发明内容：
本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，寻求设计提供一种简便的水热法合成技术制备α-FeOOH三维多级微球的方法，该方法不使用任何表面活性剂，反应时间较短，且微球微观形貌可调控，适合大量制备α-FeOOH微纳米材料。
为了实现上述发明目的，本发明以FeSO4·7H2O和CH3COONa为反应原料，以水为溶剂，利用水热合成方法制备由一维α-FeOOH纳米棒组装而成的三维多级微球结构，具体包括以下步骤：
(1)在40mL去离子水中依次加入0.261g FeSO4·7H2O和0.015gCH3COONa，搅拌溶解后得到反应溶液；
(2)将步骤(1)得到的反应溶液装入50mL聚四氟乙烯水热反应釜，在120℃保温反应2-12h，然后冷却至室温得到反应液；
(3)将步骤(2)得到的反应液离心，依次用去离子水和乙醇分别洗涤三次，得到浅黄色产物；
(4)将步骤(3)得到的浅黄色产物在60℃干燥12h，制备得到α-FeOOH三维多级微球。
本发明与现有技术相比，制备过程简单，不需要特殊的反应设备，反应温度低，易于批量生产，且产品的微观形貌可控，对氧化铁纳米材料的制备和应用研究具有潜在价值。
附图说明：
图1为本发明实施例1制备的α-FeOOH三维多级微球XRD谱图。
图2为本发明实施例1制备的α-FeOOH三维多级微球扫描电镜照片。
图3为本发明实施例2制备的α-FeOOH三维多级微球扫描电镜照片。
图4为本发明实施例3制备的α-FeOOH三维多级微球扫描电镜照片。
图5为本发明实施例2制备的α-FeOOH三维多级微球在500℃焙烧30min后得到的α-Fe2O3三维多级微球扫描电镜照片。
图6为本发明实施例2制备的α-FeOOH三维多级微球在500℃焙烧30min后得到的α-Fe2O3三维多级微球在320℃对不同浓度乙醇(20、50、100、200、300、500、1000、2000ppm)的响应-恢复曲线。
具体实施方式：
下面通过具体实施例并结合附图做进一步说明。
实施例1：
本实施例先在40mL去离子水中依次加入0.261g FeSO4·7H2O和0.015g CH3COONa，搅拌溶解后得到反应溶液，再将反应溶液装入50mL聚四氟乙烯水热反应釜，在120℃保温反应2h后冷却至室温得到反应液；然后将得到的反应液离心，依次用去离子水和乙醇分别洗涤三次，得到浅黄色产物，最后将浅黄色产物在60℃干燥12h，即制备得到α-FeOOH三维多级微球。
本实施例对产物α-FeOOH三维多级微球进行XRD表征，如图1所示，样品物相为正交相针铁矿α-FeOOH。
本实施例对产物α-FeOOH三维多级微球进行SEM表征，如图2所示，样品具有三维形貌，由一维的纳米棒组装而成。
实施例2：
本实施例先在40mL去离子水中依次加入0.261g FeSO4·7H2O和0.015g CH3COONa，搅拌溶解，得到反应溶液，再将反应溶液装入50mL聚四氟乙烯水热反应釜，在120℃保温反应6h后冷却至室温得到反应液；然后将得到的反应液离心，依次用去离子水和乙醇分别洗涤三次，得到浅黄色产物，最后将浅黄色产物在60℃干燥12h，即制备得到α-FeOOH三维多级微球。
本实施例对产物α-FeOOH三维多级微球进行SEM表征，如图3所示，样品具有三维微球结构，由一维的纳米棒组装而成。
本实施例将得到的α-FeOOH三维多级微球结构在500℃焙烧30min后得到α-Fe2O3产品，对α-Fe2O3产品进行SEM表征，如图5所示，α-Fe2O3保持了三维多级微球形貌；然后将得到的α-Fe2O3置于玛瑙研钵中研磨，加入少量去离子水制成浆料，均匀涂覆至传感器电极上，烘干后，放入WS-30A气敏测试系统进行测试，测试温度320℃；对α-Fe2O3三维多级微球形貌进行静态法气敏性测试，如图6所示，对不同浓度乙醇气体(25、50、100、200、300、500、1000、2000ppm)具有较好的响应和和较快的响应-恢复特性。
实施例3：
本实施例先在40mL去离子水中先后加入0.261g FeSO4·7H2O和0.015g CH3COONa，搅拌溶解，得到反应溶液，再将反应溶液装入50mL聚四氟乙烯水热反应釜，在120℃保温反应12h，然后冷却至室温得到反应液；然后将得到的反应液离心，依次用去离子水和乙醇分别洗涤三次，得到浅黄色产物，最后将浅黄色产物在60℃干燥12h，即得α-FeOOH三维多级微球结构。
本实施例对产物α-FeOOH三维多级微球进行SEM表征，如图4所示，样品具有三维微球结构，由一维的纳米棒组装而成。

Claims (1)

1.一种α-FeOOH三维多级微球的制备方法，其特征在于以FeSO4·7H2O和CH3COONa为反应原料，以水为溶剂，利用水热合成方法制备由一维α-FeOOH纳米棒组装而成的三维多级微球结构，具体包括以下步骤：
(1)在40mL去离子水中依次加入0.261g FeSO4·7H2O和0.015gCH3COONa，搅拌溶解后得到反应溶液；
(2)将步骤(1)得到的反应溶液装入50mL聚四氟乙烯水热反应釜，在120℃保温反应2-12h，然后冷却至室温得到反应液；
(3)将步骤(2)得到的反应液离心，依次用去离子水和乙醇分别洗涤三次，得到浅黄色产物；
(4)将步骤(3)得到的浅黄色产物在60℃干燥12h，制备得到α-FeOOH三维多级微球。
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