WO2018187925A1 - 基于微波合成进行中空结构Fe2O3制备的方法 - Google Patents

基于微波合成进行中空结构Fe2O3制备的方法 Download PDF

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urea
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钟玲珑
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深圳市佩成科技有限责任公司
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
    • C01G49/00—Compounds of iron
    • C01G49/02—Oxides; Hydroxides
    • C01G49/06—Ferric oxide [Fe2O3]

Definitions

  • the present invention relates to a method for preparing a hollow structure Fe 2 O 3 based on microwave synthesis, and belongs to the field of preparation of hollow structure nano materials.
  • Hollow-structured nanomaterials have created tremendous appeal in many existing and emerging fields of technology. Because hollow structures have larger specific surface area and more surface atoms, hollow nanomaterials exhibit different properties than bulk materials and solid nanomaterials, such as special surface energy, optical, magnetic, catalytic properties, etc. It has attracted more and more people's attention. Hollow-structured nanomaterials have made major breakthroughs in the application of catalysts, drug-release capsules, artificial cells, and battery materials. With its internal space, nano-hollow structures are used to store and control the release of functional substances such as drugs, cosmetics, DNA, and the like.
  • the space inside the hollow structure can be used to adjust the refractive index, density, and activity of the catalyst, increase the number of times the catalyst can be reused, and the like.
  • most of the hollow structures were confined to a sphere and were micron in size. It is usually prepared by spraying (spmy-drying) or g as-blowing.
  • spraying spmy-drying
  • g as-blowing g as-blowing
  • the hollow structure of Fe 2 0 3 nanomaterials has been the focus of scientific research due to its excellent properties, and is widely used in catalysts, pigments, gas sensitive materials, lithium ion batteries and the like.
  • various structures of Fe 2 0 3 nanomaterials have been prepared, such as nanotubes, hollow spheres, cup-shaped structures, hollow spindle structures, hollow core-shell structures, and the like.
  • the preparation methods in the prior art are not capable of well preparing the Fe 2 O 3 material to obtain the corresponding hollow structure, and the preparation efficiency is low and the material utilization rate is not high.
  • the object of the present invention is to overcome the deficiencies of materials prepared by conventional preparation methods, and to provide a method for preparing hollow structure Fe 2 0 3 based on microwave synthesis.
  • the present invention adopts the following technical solutions:
  • the present invention provides a method for preparing a hollow structure Fe 2 O 3 based on microwave synthesis, comprising the following steps:
  • Step 1 Add FeCl 3 .6H 2 0 and urea to a three-necked flask, take ethylene glycol, and add to the three-necked flask.
  • Step two the three-necked flask is added to the magnetic rotor, fixed on a magnetic stirrer, stirred to completely dissolve FeCl 3 ⁇ 6 ⁇ 2 0 and urea;
  • Step three in the microwave reactor, the mixture is heated and is subjected to a constant temperature reaction
  • Step 4 after the end of the reaction, naturally cooled to room temperature, the resulting precipitate was centrifuged, and washed repeatedly with absolute ethanol and distilled water;
  • Step 5 The washed precipitate is vacuum dried, then heated at a constant rate, and naturally cooled to room temperature, and finally a dry and loose red product is obtained.
  • FeCl 3 .6H 2 0 is 0.405 g
  • urea is 0.24 g
  • ethylene glycol is 75 ml.
  • the stirring in the above step 2 is carried out at normal temperature.
  • the third step of the above liquid mixture is heated to 160. C, and at 160. C constant temperature reaction 1 hour.
  • the above steps two or three are performed under magnetic stirring.
  • the above step 4 is performed by washing to remove the surfactant and the unreacted reagent.
  • the vacuum drying in the above step 5 is carried out at 60 °C.
  • the muffle furnace is placed, and the temperature is raised to 300 ° C at a rate of 10 ° C / min, and kept at this temperature for 1 hour.
  • the method for preparing a hollow structure Fe 2 O 3 based on microwave synthesis provided by the present invention, the hollow structure Fe 2 O 3 prepared as a core material has excellent cycle stability, and the core-shell microspheres are gathered together. , It has a large specific surface area, which is beneficial to the penetration of ions, thus ensuring the material has good electrochemical performance.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of an ot-Fe 2 0 XRD pattern of a core-shell structure prepared by the present invention
  • FIG. 2 is a schematic diagram of cyclic voltammetry curves of core-shell structures oc-Fe 2 0 3 prepared at different scanning rates according to the present invention.
  • the present invention provides a method for preparing a hollow structure of Fe 2 O 3 based on microwave synthesis.
  • the present invention will be further described in detail below with reference to the accompanying drawings. . It is understood that the specific embodiments described herein are merely illustrative of the invention and are not intended to limit the invention.
  • the method for preparing the hollow structure Fe 2 O 3 based on microwave synthesis includes the following steps:
  • the XRD pattern of the core-shell structure Fe 2 O 3 is synthesized by microwave, as can be seen from the figure, so the diffraction peaks can be well reported with the standard JCPDS file 01-084-0306.
  • Corresponding data indicates that the product obtained in this example is a-Fe 2 0 3 .
  • the strongest diffraction peak on the (110) plane indicates that the material has the largest diffraction orientation in the (110) direction.
  • the diffraction peaks have been marked in the spectrum, and the crystal planes corresponding to the respective peaks are shown in the figure.
  • the morphology and microstructure of the prepared samples can be obtained by scanning electron microscopy (SEM).
  • the sample has a good dispersion degree and uniform morphology.
  • the size is about 3 ⁇ , which can be considered as quasi-monodisperse. of.
  • the structure of iron oxide is composed of nanosheet layers. From some broken samples, the hollow structure of the product can be inferred.
  • the hollow sphere has a core inside. The sintered Fe 2 O 3 morphology and its precursor did not change much.
  • FeOOH and Fe 2 0 3 nanomaterials with different morphologies were obtained.
  • FeOOH (A) is obtained in 0.5 ⁇ .
  • the sample of this ruthenium is composed of microspheres and nanosheets of different sizes, and the microspheres are also composed of nanosheets aggregated together.
  • Fe 2 0 3 (B ) is obtained, which is still a microsphere composed of nanosheets, and it can be seen from the damaged sample that Fe 2 0 3 is a hollow structure, but the size is not uniform, and there is no core in the middle.
  • the liquid phase reaction is prolonged to 1.5 hours, and the product is more nanosheets.
  • the liquid phase reaction is prolonged to 2 hours, and individual hollow microspheres appear, but most of them are irregularly shaped products that are aggregated by nanosheets.
  • the CV curve of the material has a distinct pair of redox peaks instead of a rectangular-like shape, indicating that this is a distinct Faraday capacitance, rather than an electric double layer capacitance.
  • the method for preparing a hollow structure Fe 2 0 3 based on microwave synthesis provided by the present invention, the hollow structure Fe 2 O 3 prepared as a core material has excellent cycle stability, and the core-shell microspheres are gathered together. , has a large specific surface area, is conducive to ion penetration, thus ensuring the material has better electrochemical performance.

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Abstract

提供一种基于微波合成进行中空结构Fe 2O 3制备的方法。该方法包括将FeCl 3·6H 2O和尿素加入三口烧瓶中，取乙二醇，加入三口烧瓶中；将三口烧瓶内加入磁转子，固定于磁力搅拌器上，搅拌使FeCl 3·6H 2O和尿素完全溶解；在微波反应仪中，将混合液升温并在进行恒温反应；反应结束后自然冷却到室温，把所得沉淀离心出来，用无水乙醇和蒸馏水反复洗涤；将洗好的沉淀进行真空干燥，然后进行匀速升温，经过自然冷却到室温，最后得到干燥松散的红色产物。制备出的中空结构Fe 2O 3作为电极材料具有非常好的循环稳定性；聚集在一起的核壳结构微球有较大的比表面积，有利于离子的穿透，从而保证了材料具有较好的电化学性能。

Description

发明名称：基于微波合成进行中空结构 Fe 20 3制备的方法 技术领域
[0001] 本发明涉及一种基于微波合成进行中空结构 Fe 20 3制备的方法， 属于中空结构 纳米材料制备领域。
背景技术
[0002] 中空结构纳米材料在许多现有和新兴的科技领域内， 产生了巨大的吸引力。 由 于中空结构具有更大的比表面积和更多的表面原子， 因此中空纳米材料表现出 与体材料及实心颗粒纳米材料不同的性能， 如特殊的表面能、 光学、 磁学、 催 化等性能， 近年来越来越引起人们的广泛关注。 中空结构纳米材料在催化剂、 药物缓释胶囊、 人造细胞、 电池材料等方面的应用已经有重大突破。 利用其内 部的空间， 纳米空心结构被用作储存并可控释放功能性物质， 如药物、 化妆品 、 DNA等。 类似的， 中空结构内部的空间可以用来调整催化剂的折射率、 密度 和活性， 增加催化剂可以重复使用的次数等。 在 1998年之前， 大部分的中空结 构都局限于球形， 而且是微米尺寸。 一般是用喷涂 （spmy-drying) 或者鼓气 （g as-blowing) 的方法制备得到。 而如今， 很多合成方法被研究使用， 而且尺寸、 形状、 结构都可以控制， 因此更多更丰富的空心结构已经被成功的制备出来， 这大大的幵阔了空心结构纳米材料的研究范围并为其应用打下了很好的基础。 而空心结构的 Fe 20 3纳米材料由于其优良的性能， 一直是科学研究的重点， 被广 泛应用于催化剂、 颜料、 气敏材料、 锂离子电池等方面。 鉴于其潜在的应用价 值， 各种结构的 Fe 20 3纳米材料已经被制备出来， 如纳米管、 空心球、 杯状结构 、 中空纺锤体状结构、 中空核壳结构等。
技术问题
[0003] 目前现有技术中的制备方法都不能够很好地制备获得相应的中空结构的 Fe 20 3 材料， 制备的效率低、 材料使用率不高。
问题的解决方案
技术解决方案 [0004] 鉴于上述现有技术的不足之处， 本发明的目的在于提供一种基于微波合成进行 中空结构 Fe 20 3制备的方法。
[0005] 本发明的目的是为了克服传统制备方法制备的材料的不足， 提供了一种基于微 波合成进行中空结构 Fe 20 3制备的方法。 为了达到上述目的， 本发明采取了以下 技术方案：
[0006] 本发明提供了一种基于微波合成进行中空结构 Fe 20 3制备的方法， 包括以下步 骤：
[0007] 步骤一、 将 FeCl 3.6H 20和尿素加入三口烧瓶中， 取乙二醇， 加入三口烧瓶中
[0008] 步骤二、 将三口烧瓶内加入磁转子， 固定于磁力搅拌器上， 搅拌使 FeCl 3·6Η 20 和尿素完全溶解；
[0009] 步骤三、 在微波反应仪中， 将混合液升温并在进行恒温反应；
[0010] 步骤四、 反应结束后自然冷却到室温， 把所得沉淀离心出来， 用无水乙醇和蒸 留水反复洗涤；
[0011] 步骤五、 将洗好的沉淀进行真空干燥， 然后进行匀速升温， 经过自然冷却到室 温， 最后得到干燥松散的红色产物。
[0012] 优选的， 上述步骤一中 FeCl 3.6H 20为 0.405 g， 尿素为 0.24 g， 乙二醇为 75ml。
[0013] 优选的， 上述步骤二中的的搅拌是在常温下进行。
[0014] 优选的， 上述步骤三混合液升温至 160。C， 并在 160。C恒温反应 1小吋。
[0015] 优选的， 上述步骤二或三均在磁力搅拌下进行。
[0016] 优选的， 上述步骤四通过洗涤以除去表面活性剂和未反应完的试剂。
[0017] 优选的， 上述步骤五中真空干燥是在 60°C下进行。
[0018] 优选的， 上述步骤五中放入马弗炉， 以 10°C/min的速率升温到 300°C， 在此温 度下保持 1小吋。
发明的有益效果
有益效果
[0019] 本发明提供的基于微波合成进行中空结构 Fe 20 3制备的方法， 制备出的中空结 构 Fe 20 3， 作为电极材料具有循环稳定性非常好， 聚集在一起的核壳结构微球， 有着较大的比表面积， 有利于离子的穿透， 从而保证了材料具有较好的电化学 性能。
对附图的简要说明
附图说明
[0020] 图 1为本发明制备的核壳结构 ot-Fe 20 XRD图谱示意图；
[0021] 图 2为本发明制备的核壳结构 oc-Fe 20 3不同扫描速率下的循环伏安曲线示意图。
本发明的实施方式
[0022] 本发明提供一种基于微波合成进行中空结构 Fe 20 3制备的方法， 为使本发明的 目的、 技术方案及效果更加清楚、 明确， 以下参照附图并举实施例对本发明进 一步详细说明。 应当理解， 此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明， 并不 用于限定本发明。
[0023] 本实施例提供的基于微波合成进行中空结构 Fe 20 3制备的方法， 具体包括以下 步骤：
[0024] 首先将 0.405 g FeCl 3·6Η 20和 0.24 g尿素加入三口烧瓶中， 用量筒取 75ml乙二 醇， 加入三口烧瓶中。 将三口烧瓶内加入磁转子， 固定于磁力搅拌器上， 在常 温下搅拌使 FeCl 3-6H 20
和尿素完全溶解。 在微波反应仪中， 将混合液升温至 160°C， 并在 160°C恒温反应 1小吋， 上述过程均在磁力搅拌下进行。 反应结束后自然冷却到室温， 把所得沉 淀离心出来， 用无水乙醇和蒸馏水反复洗涤， 以除去表面活性剂和未反应完的 试剂。 将洗好的沉淀在 60°C下进行真空干燥， 然后将干燥好的放入马弗炉， 以 10 °C/min的速率升温到 300°C， 在此温度下保持 1小吋， 然后自然冷却到室温， 最 后得到干燥松散的红色产物。
[0025] 如图 1所示， 为微波合成核壳结构 Fe 20 3的 XRD图谱， 从图中可以看到， 所以 的衍射峰都可以很好的与标准 JCPDS file 01-084-0306报道的数据相对应， 表明本 实施例得到的产物是 a-Fe 20 3。 在 （110) 面有最强的衍射峰， 表明材料在 （110 ) 方向有最大的衍射取向。 其衍射峰已在谱图中标出， 各个峰值所对应的晶面 如图中所示。 [0026] 禾 lj用扫描电镜 (SEM)对所制备的样品进行了形貌和微结构的分析可以得到， 样 品分散程度较好， 形貌均匀， 尺寸约在 3μηι左右， 可以认为是准单分散的。 该结 构的氧化铁是由纳米片层组合在一起的， 从一些破损的样品可以推断产物的空 心结构， 空心球里面有核心。 经过烧结的 Fe 20 3形貌结构与其前驱体并无太大变 化。
[0027] 通过改变液相反应吋间， 得到了不同形貌的 FeOOH及 Fe 20 3纳米材料。 液相反 应吋间为 0.5小吋得到的 FeOOH (A) ， 此吋的样品是有大小不均一的微球和纳 米片组成， 而微球也是由纳米片聚集一起构成的。 经过煅烧之后得到 Fe 20 3 (B ) ，仍然是纳米片组成的微球， 而且由破损的样品中可看出 Fe 20 3是空心结构， 但尺寸大小不均一， 且中间没有核心。 液相反应吋间延长致 1.5小吋， 产物更多 的是纳米片。 液相反应吋间延长为 2小吋， 有个别空心微球出现， 但大多是由纳 米片聚集成的无规则形状的产物。
[0028] 图 2为为 Fe 20 3电极材料在 1M KOH电解液中， 扫描速率为从 5 mV-s-1
增加到 100 mV s-l吋的循环伏安曲线。 从图中可以看出， 该材料的 CV曲线有一 对明显的氧化还原峰， 而不是呈现出类矩形的形状， 说明这是明显的法拉第赝 电容， 而不是双电层电容。
[0029]
[0030] 本发明提供的基于微波合成进行中空结构 Fe 20 3制备的方法， 制备出的中空结 构 Fe 20 3， 作为电极材料具有循环稳定性非常好， 聚集在一起的核壳结构微球， 有着较大的比表面积， 有利于离子的穿透， 从而保证了材料具有较好的电化学 性能。
[0031]
[0032] 可以理解的是， 对本领域普通技术人员来说， 可以根据本发明的技术方案及其 发明构思加以等同替换或改变， 而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的 权利要求的保护范围。

Claims

权利要求书
[权利要求 1] 一种基于微波合成进行中空结构 Fe 20 3制备的方法， 其特征在于： 所 述制备方法包括以下步骤：
步骤一、 将 FeCl 3.6H 20和尿素加入三口烧瓶中， 取乙二醇， 加入三 口烧瓶中；
步骤二、 将三口烧瓶内加入磁转子， 固定于磁力搅拌器上， 搅拌使 Fe C1 3·6Η 20和尿素完全溶解；
步骤三、 在微波反应仪中， 将混合液升温并在进行恒温反应； 步骤四、 反应结束后自然冷却到室温， 把所得沉淀离心出来， 用无水 乙醇和蒸馏水反复洗涤；
步骤五、 将洗好的沉淀进行真空干燥， 然后进行匀速升温， 经过自然 冷却到室温， 最后得到干燥松散的红色产物。
[权利要求 2] 如权利要求 1所述的基于微波合成进行中空结构 Fe 20 3制备的方法， 其特征在于： 所述步骤二或三均在磁力搅拌下进行。
[权利要求 3] 如权利要求 1所述的基于微波合成进行中空结构 Fe 20 3制备的方法， 其特征在于： 所述步骤四通过洗涤以除去表面活性剂和未反应完的试 齐 1J。
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