CN114349061A - 一种非晶氧化铁微球的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种非晶氧化铁微球的制备方法，该氧化铁微球直径约为200nm，该氧化铁为非晶态。其制备方法为：采用DMF和蒸馏水作为混合溶剂。加入适量的FeCl2、EDTA‑2Na和无水乙醇在室温下混合均匀后放入水浴锅，90℃恒温磁力搅拌反应2小时。反应结束后，冷却到室温，用无水乙醇和蒸馏水各离心3次清洗。干燥后得到本发明的非晶氧化铁微球。该非晶氧化铁微球在磷酸铁锂用氧化铁、超级电容器负极材料、锂离子电池负极材料、传感器、催化剂等方面具有广泛的应有前景。
Description
技术领域
本发明属于材料技术领域，具体涉及一种非晶氧化铁微球的制备方法，本发明制备的材料在磷酸铁锂用氧化铁、超级电容器负极材料、锂离子电池负极材料、传感器、催化剂方面具有潜在的应用。
背景技术
晶体中的原子具有规则的按周期排列的特征。然而，非晶却不具备长程有序的特点。非晶在几个至几十个原子的范围内，原子的排列是具有规则的，呈现出一定的几何特征，这种性质被称之为短程有序性。非晶态材料的这种短程有序，长程无序的结构特点，使得其具有与晶态物质材料不同的性质表现。由于具有短程有序，非晶材料在小范围内，保持了晶态材料的近邻配位情况，形成了与晶态材料类似的结构单元。由于长程无序性，这种与晶体材料相似的结构单元，会经过无序堆积，使得非晶材料与晶态材料具有显著不同的特性。非晶中会存在大量未成键的悬空电子，与晶体相比，其化学活性更强。因此，非晶材料在传感器、催化剂等方面存着着更高的性能。
Fe2O3是一种常用的氧化物，在锂离子电池、超级电容器、催化剂、传感器等方面具有广泛的应用。这些方面的应用与Fe2O3的电化学活性相关，高的电化学活性常常可以获得更高的性能。由于非晶氧化铁纳米颗粒有很多“悬空键”和高的表面体积比，和相同颗粒尺寸的晶态、多晶相比，非晶氧化铁具有更好的性能。然而，采用化学法制备非晶Fe2O3的报道却很少。
目前，制备方法主要有热分解法、超声波化学合成法、化学沉淀法、反相微乳液法、微波辐照法等。然而，这些方法制备的非晶氧化铁的尺寸都非常小，大概在几个纳米。目前还没有解决如何采用一种简单的化学反应方法制备出较大尺寸的非晶氧化铁材料。
发明内容
针对背景技术中存在问题，本发明提出一种非晶氧化铁微球的制备方法，采用化学法制备非晶氧化铁微球，非晶氧化铁自组装成微球，结构较稳定，化学活性高。
为了解决现有技术存在的技术问题，本发明技术方案如下：
一种非晶氧化铁微球的制备方法，包括如下步骤：
(1)量取8:2的DMF和蒸馏水，加入小玻璃瓶作为混合溶剂。
(2)加入相对混合溶剂1g/l～5g/l的EDTA-2Na和10～20g/l的FeCl2，加入适量的酒精，酒精与混合溶剂的体积比＝1:500～1:200，磁力搅拌10min得到均匀的溶液。
(3)将混合溶液放入水浴锅，90℃恒温条件下磁力搅拌反应2小时。
(4)反应结束后，冷却到室温，用无水乙醇和蒸馏水各离心3次。
(5)将离心得到的固体粉末放入干燥箱中，70℃下干燥24h，得到非晶氧化铁。
上述技术方案中，Fe离子与DMF、EDTA-2Na和水形成络合物，该络合物中DMF和水与铁离子连接作用力弱，在反应温度下，络合物中的DMF和水逐渐失去，Fe2+在氧气的作用下，被氧化成Fe2O3；络合物中的EDTA-2Na对Fe2O3的晶粒长大起着阻碍作用，使Fe2O3晶格产生错排，从而形成非晶。
上述技术方案中，在DMF、酒精和水的混合溶剂中，Fe离子络合物自组装成微球状，从而最终获得Fe2O3非晶微球。
上述技术方案中，该方法制备的氧化铁微球直径约为200nm，该氧化铁为非晶态。
上述制备方法中，制备的非晶氧化铁微球由一步化学法合成，不需要进行热处理。其制备原理如下：
Fe离子与DMF、EDTA-2Na和水形成络合物，该络合物中DMF和水与铁离子连接作用力弱，在反应温度下，络合物中的DMF和水逐渐失去，Fe2+在氧气的作用下，被氧化成Fe2O3。然而，络合物中的EDTA-2Na对Fe2O3的成长起着阻碍作用，使Fe2O3晶格产生错排，从而形成非晶。随着反应的进行，EDTA-2Na也逐渐失去，最后形成纯净的非晶氧化铁。在DMF、酒精和水的混合溶剂中，为使用体系能量最低，Fe离子络合物自组装成微球状，从而最终获得Fe2O3非晶微球。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
(1)制备方法简单，制备效率高。
(2)化学反应后不需要进一步热处理后获得非晶氧化铁。
(3)所获得的氧化铁为非晶，材料的化学活性高。
(4)非晶氧化铁自组装成微球，结构较稳定。
附图说明
图1本发明实例1中所获得的非晶氧化铁SEM图；
图2本发明实例1中所获得的非晶氧化铁XRD图。
具体实施方式
下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。
本发明提出一种非晶氧化铁微球的制备方法，采用一步化学法制备非晶氧化铁微球，包括以下步骤：
步骤S1：量取8:2的DMF和蒸馏水，加入小玻璃瓶作为混合溶剂；
步骤S2：加入相对混合溶剂1～5g/l的EDTA-2Na和10～20g/l的FeCl2，加入适量的酒精，酒精与混合溶剂的体积比1:500～1:200，磁力搅拌10min得到均匀的溶液；
步骤S3：将混合溶液放入水浴锅，90℃恒温条件下磁力搅拌反应2小时；
步骤S4：反应结束后，冷却到室温，用无水乙醇和蒸馏水各离心3次；
步骤S5：将离心得到的固体粉末放入干燥箱中，70℃下干燥24h，得到非晶氧化铁。
上述方法的制备原理如下：
Fe离子与DMF、EDTA-2Na和水形成络合物，该络合物中DMF和水与铁离子连接作用力弱，在反应温度下，络合物中的DMF和水逐渐失去，Fe2+在氧气的作用下，被氧化成Fe2O3。然而，络合物中的EDTA-2Na对Fe2O3的成长起着阻碍作用，使Fe2O3晶格产生错排，从而形成非晶。随着反应的进行，EDTA-2Na也逐渐失去，最后形成纯净的非晶氧化铁。在DMF、酒精和水的混合溶剂中，为使用体系能量最低，Fe离子络合物自组装成微球状，从而最终获得Fe2O3非晶微球。
以下再结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步说明。具体实施例1：
量取8mL的DMF和2mL的蒸馏水，加入小玻璃瓶作为混合溶剂。加入20mg的EDTA-2Na和100mg的FeCl2，加入20μL酒精，磁力搅拌10min得到均匀的溶液。将混合溶液放入水浴锅，90℃恒温条件下磁力搅拌反应2小时。反应结束后，冷却到室温，用无水乙醇和蒸馏水各离心3次。将离心得到的固体粉末放入干燥箱中，70℃下干燥24h，得到非晶氧化铁。
实例1所获得的非晶氧化铁的电子扫描显微镜如图1所示，从图中可以看到，非晶氧化铁呈现直径约为200nm左右的微球。实例1所获得的非晶氧化铁的XRD衍射图谱如图2所示。从图中可以看到，在35°左右有一个小的“馒头”峰，说明得到的氧化铁为非晶态。具体实施例2：
量取8mL的DMF和2mL的蒸馏水，加入小玻璃瓶作为混合溶剂。加入30mg的EDTA-2Na和150mg的FeCl2，加入30μL酒精，磁力搅拌10min得到均匀的溶液。将混合溶液放入水浴锅，90℃恒温条件下磁力搅拌反应2小时。反应结束后，冷却到室温，用无水乙醇和蒸馏水各离心3次。将离心得到的固体粉末放入干燥箱中，70℃下干燥24h，得到非晶氧化铁。
具体实施例3：
量取8mL的DMF和2mL的蒸馏水，加入小玻璃瓶作为混合溶剂。加入50mg的EDTA-2Na和200mg的FeCl2，加入50μL酒精，磁力搅拌10min得到均匀的溶液。将混合溶液放入水浴锅，90℃恒温条件下磁力搅拌反应2小时。反应结束后，冷却到室温，用无水乙醇和蒸馏水各离心3次。将离心得到的固体粉末放入干燥箱中，70℃下干燥24h，得到非晶氧化铁。
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (4)
1.一种非晶氧化铁微球的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1：量取8:2的DMF和蒸馏水，加入小玻璃瓶作为混合溶剂；
步骤S2：加入相对混合溶剂1～5g/l的EDTA-2Na和10～20g/l的FeCl2，加入适量的酒精，酒精与混合溶剂的体积比1:500～1:200，磁力搅拌10min得到均匀的溶液；
步骤S3：将混合溶液放入水浴锅，90℃恒温条件下磁力搅拌反应2小时；
步骤S4：反应结束后，冷却到室温，用无水乙醇和蒸馏水各离心3次；
步骤S5：将离心得到的固体粉末放入干燥箱中，70℃下干燥24h，得到非晶氧化铁。
2.根据权利要求1所述的非晶氧化铁微球的制备方法，其特征在于，Fe离子与DMF、EDTA-2Na和水形成络合物，该络合物中DMF和水与铁离子连接作用力弱，在反应温度下，络合物中的DMF和水逐渐失去，Fe2+在氧气的作用下，被氧化成Fe2O3；络合物中的EDTA-2Na对Fe2O3的晶粒长大起着阻碍作用，使Fe2O3晶格产生错排，从而形成非晶。
3.根据权利要求1所述的非晶氧化铁微球的制备方法，其特征在于，在DMF、酒精和水的混合溶剂中，Fe离子络合物自组装成微球状，从而最终获得Fe2O3非晶微球。
4.根据权利要求1所述的非晶氧化铁微球的制备方法，其特征在于，该方法制备的氧化铁微球直径约为200nm，该氧化铁为非晶态。
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| GR01 | Patent grant | ||
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