一種合成三稜鏡結構四氧化三鐵納米晶體的方法

2023-06-16 06:59:31 1

專利名稱：一種合成三稜鏡結構四氧化三鐵納米晶體的方法
技術領域：
本發明屬於一種磁性納米材料技術領域，具體涉及一種合成三稜鏡結構四氧化三鐵納米晶體的方法。
背景技術：
四氧化三鐵(Fe3O4)納米材料因具有低毒性、高效吸附性、強耐酸鹼性等優點，而成為目前應用最廣泛的磁性納米材料之一，已廣泛應用於磁共振成像、藥物祀向、磁祀向熱療、磁流體、生物樣品分離、基因工程、細胞培養、和催化等領域。Fe3O4納米材料的磁學性能(超順磁性，飽和磁化強度和矯頑力等)、產熱效果(磁滯損耗產熱，弛豫損耗產熱和比吸收率等)和催化性能(催化活性和模擬酶)及生物相容性和毒性(細胞凋亡，氧化應激和毒物代謝等)等性能與其形貌、微觀結構和尺寸密切相關。因此，研究形貌、微觀結構和粒徑 大小可控的合成Fe3O4納米材料的方法在基礎科學研究和應用領域具有廣泛的科學意義。目前，已採用化學沉澱法、模板法、水熱法、高溫分解法、溶膠-凝膠法、多元醇法、氣相法、超聲波分解法、流動注射合成法和電化學法等方法合成出幾納米到幾百納米的各種形貌的Fe3O4納米材料，包括球體、空心球、朵狀、環狀、線狀、管狀、片狀和花狀等納米顆粒，以及四面體、八面體和三稜鏡結構(nanoprism)納米晶體。近年來，研究發現三稜鏡結構Fe3O4納米晶體(220)晶面的電化學活性和催化活性較高，這種具有特殊功能的納米材料將在生物技術，環境化學和醫藥等領域發揮重要作用。但是由於三稜鏡晶體(220)面的表面能較高，合成暴露(220)晶面的三稜鏡Fe3O4納米晶體很難實現。目前報導的三種三稜鏡結構Fe3O4納米晶體的方法均採用水熱法，這三種合成方法分別如下(I)將5mmol三氯化鐵(FeCl3)溶解於40ml乙二醇中形成透明澄清溶液，然後加入50mmol無水甲醇鈉(CH3ONa)和Iml水,經超聲分散混合形成均勻溶液後轉移到聚四氟乙烯內襯的不鏽鋼高壓反應釜中200°C反應10小時，冷卻至室溫，用磁鐵收集產物，用水和乙醇超聲清洗，室溫下真空乾燥(Chem. Eur. J. 2011，17，620-625) ； (2)將Ig水合三氯化鐵(FeCl3 *6H20)溶解於20ml乙二醇中形成透明澄清溶液，然後加入3g乙酸鈉(CH3COONa)和IOml 1，3-丙二胺，充分攪拌混合均勻後轉移到聚四氟乙烯內襯的不鏽鋼高壓反應釜中200°C反應12小時，冷卻至室溫，用水和乙醇數次清洗黑色產品，然後在真空烘箱中60°C乾燥 6 小時(CrystEngComm, 2010,12, 2060-2063) ； (3)將 Immol 乙酸丙麗鐵(Fe (acac) 3)和5. Oml油胺加入裝有甲苯的高壓反應釜中強力攪拌形成紅色的溶液後在，在反應釜中200°C反應24小時。反應後自然冷卻，加入20mL無水乙醇沉澱產物，然後用無水乙醇和正己烷洗滌後分散於正己烷中(Chem. Commun.，2010，46，3920-3922)。上述方法中使用有機試劑，甚至一些有毒的試劑合成三稜鏡結構Fe3O4納米晶體，不利於在醫學領域中的應用，此外，因需在高溫高壓下反應，難以大規模合成。迄今為止，利用高分子網絡凝膠法合成三稜鏡結構四氧化三鐵納米晶體的方法未見報導
發明內容
為了克服上述現有技術存在的不足，本發明的目的在於提供一種合成三稜鏡結構四氧化三鐵納米晶體的方法，該方法在高分子水凝膠網絡中一步原位合成三稜鏡結構Fe3O4納米晶體，對原料要求簡單，不需添加任何有機試劑，無汙染，從而保證了體系的生物相容性；此外，所需設備簡單，成本低，反應溫度低，操作簡便，產率高，產品重現性好，易於實現大規模工業化生產。為了達到上述目的，本發明所採用的技術方案是一種合成三稜鏡結構四氧化三鐵納米晶體的方法，步驟如下步驟I :將IM陰離子單體、0.5-15mOl%交聯劑甲叉雙丙烯醯胺以及0. Imol^引發劑a -酮戊二酸或過硫酸銨，通過365nm紫外光引發或熱引發的自由基聚合反應合成交聯密度在0. 5-15mol%的陰離子高分子水凝膠，陰離子單體基團包括磺酸基、磺酸基鹽、苯磺酸基、苯磺酸基鹽、磷酸基、磷酸基鹽、羧酸基或羧酸基鹽，陰離子單體分為天然和合成陰離子水凝膠；
步驟2 :稱取一定摩爾比的二價鐵鹽與三價鐵鹽加入燒杯中，二價鐵鹽與三價鐵鹽的摩爾比為2 1-4 1，加入去離子水配製成濃度為0. 2M-0. 4M鐵離子溶液，二價鐵鹽為硫酸亞鐵FeS04、氯化亞鐵FeCl2、硝酸亞鐵Fe (NO3) 2或含結晶水的上述鐵鹽，三價鐵鹽為硫酸鐵(Fe2 (SO4) 3)、氯化鐵(FeCl3)、硝酸鐵(Fe(NO3)3)或含結晶水的上述鐵鹽；步驟3 :將步驟I中所述的陰離子水凝膠浸泡到步驟2中所述的鐵離子溶液中，陰離子水凝膠質量與鐵離子溶液的體積比為3g 10ml-3g 30ml，在室溫下浸泡6-24h，使鐵離子吸附到陰離子水凝膠網絡中；步驟4 :在燒杯中配製0. 5mol-l. 5mol的鹼溶液10ml，鹼包括氫氧化鈉、氫氧化鉀或氨水；步驟5 :向步驟3中裝有吸附了鐵離子的水凝膠和鐵離子溶液的燒杯通入氮氣直至除去溶液中的氧氣，同時也向步驟4的鹼溶液的燒杯中通入氮氣直至除去溶液中的氧氣，再將步驟3中吸附了鐵離子的水凝膠浸泡到步驟4的鹼溶液中；步驟6 :將步驟5的浸泡有水凝膠的鹼溶液的pH值調節為11，水浴加熱至40°C，在氮氣氣氛下恆溫保持6-18h，在陰離子高分子水凝膠網絡中原位合成Fe3O4納米晶體；步驟7:將包裹Fe3O4納米晶體的陰離子高分子水凝膠用蒸餾水清洗、真空乾燥後，馬弗爐中燒結直至去除高分子水凝膠後，合成得到三稜鏡結構Fe3O4納米晶體的黑色粉末。本發明以高分子水凝膠的三維網絡結構作為模板，帶正電荷的鐵離子通過擴散作用進入到陰離子高分子水凝膠的三維網絡結構中，並通過靜電相互作用被陰離子水凝膠中的帶負電和的基團穩定吸附而均勻分布於水凝膠網絡中。然後通過簡單溫和的共沉澱法使鐵離子在特殊的高分子水凝膠網絡微環境中原位生成尺寸在IOOnm 300nm左右的三稜鏡結構Fe3O4納米晶體。高分子水凝膠的三維網絡既作為合成Fe3O4納米晶體的微型反應器，又作為均勻分散Fe3O4納米晶體的體系。高分子水凝膠的三維網絡交聯密度可調節三稜鏡結構Fe3O4納米晶體的尺寸。使用本發明合成的三稜鏡結構Fe3O4納米晶體尺寸分布較窄，穩定性較好。
具體實施例方式下面結合實施例對本發明作更詳細的說明。
實施例一一種合成三稜鏡結構四氧化三鐵納米晶體的方法，步驟如下步驟I :將IM陰離子單體、2m0l%交聯劑甲叉雙丙烯醯胺以及0. Imol^引發劑a -酮戍二酸，通過365nm熱引發的自由基聚合反應合成交聯密度在2mol%的陰離子高分子水凝膠；陰離子單體基團為磺酸基；步驟2 :稱取一定摩爾比的二價鐵鹽與三價鐵鹽加入燒杯中，二價鐵鹽與三價鐵鹽的摩爾比為4 1，加入去離子水配製成濃度為0.4M鐵離子溶液，二價鐵鹽為硫酸亞鐵FeSO4,三價鐵鹽為硫酸鐵Fe2 (SO4) 3 ；步驟3 :將步驟I中所述的陰離子水凝膠浸泡到步驟2中所述的鐵離子溶液中，陰離子水凝膠質量與鐵離子溶液的體積比為3g 10ml，在室溫下浸泡24h，使鐵離子吸附到陰離子水凝膠網絡中；步驟4 :在燒杯中配製I. 5mol的鹼溶液10ml，鹼為氫氧化鈉；步驟5 :向步驟3中裝有吸附了鐵離子的水凝膠和鐵離子溶液的燒杯通入氮氣直至除去溶液中的氧氣，同時也向步驟4的鹼溶液的燒杯中通入氮氣直至除去溶液中的氧氣，再將步驟3中吸附了鐵離子的水凝膠浸泡到步驟4的鹼溶液中；步驟6 :將步驟5的浸泡有水凝膠的鹼溶液的pH值調節為11，水浴加熱至40°C，在氮氣氣氛下恆溫保持8h，在陰離子高分子水凝膠網絡中原位合成Fe3O4納米晶體；步驟7:將包裹Fe3O4納米晶體的陰離子高分子水凝膠用蒸餾水清洗、真空乾燥後，馬弗爐中燒結直至去除高分子水凝膠後，合成得到三稜鏡結構Fe3O4納米晶體的黑色粉末。本實施例所得最終產品用透射電子顯微鏡觀察到平均邊長為334nm三稜鏡結構Fe3O4納米晶體。實施例二一種合成三稜鏡結構四氧化三鐵納米晶體的方法，步驟如下步驟I :將IM陰離子單體、0.5mOl%交聯劑甲叉雙丙烯醯胺以及0. Imol^引發劑過硫酸銨，通過365nm熱引發的自由基聚合反應合成交聯密度在0. 5%的陰離子高分子水凝膠，陰離子單體基團為苯磺酸基；步驟2 :稱取一定摩爾比的二價鐵鹽與三價鐵鹽加入燒杯中，二價鐵鹽與三價鐵鹽的摩爾比為2 1，加入去離子水配製成濃度為0. 2M鐵離子溶液，二價鐵鹽為硫酸亞鐵FeSO4,三價鐵鹽為硫酸鐵Fe2 (SO4) 3 ；步驟3 :將步驟I中所述的陰離子水凝膠浸泡到步驟2中所述的鐵離子溶液中，陰離子水凝膠質量與鐵離子溶液的體積比為3g 30ml，在室溫下浸泡6h，使鐵離子吸附到陰離子水凝膠網絡中；步驟4 :在燒杯中配製0. 5mol的鹼溶液10ml，鹼為氫氧化鉀；步驟5 :向步驟3中裝有吸附了鐵離子的水凝膠和鐵離子溶液的燒杯通入氮氣直至除去溶液中的氧氣，同時也向步驟4的鹼溶液的燒杯中通入氮氣直至除去溶液中的氧氣，再將步驟3中吸附了鐵離子的水凝膠浸泡到步驟4的鹼溶液中；步驟6 :將步驟5的浸泡有水凝膠的鹼溶液的pH值調節為11，水浴加熱至40°C，在氮氣氣氛下恆溫保持18h，在陰離子高分子水凝膠網絡中原位合成Fe3O4納米晶體；
步驟7:將包裹Fe3O4納米晶體的陰離子高分子水凝膠用蒸餾水清洗、真空乾燥後，馬弗爐中燒結直至去除高分子水凝膠後，合成得到三稜鏡結構Fe3O4納米晶體的黑色粉末。本實施例所得最終產品用透射電子顯微鏡觀察到平均邊長為162nm三稜鏡結構Fe3O4納米晶體。實施例三一種合成三稜鏡結構四氧化三鐵納米晶體的方法，步驟如下步驟I :將IM陰離子單體、15m0l%交聯劑甲叉雙丙烯醯胺以及0. Imol^引發劑過硫酸銨，通過365nm熱引發的自由基聚合反應合成交聯密度在15mol %的陰離子高分子水凝膠，陰離子單體基團為磷酸基鹽；步驟2 :稱取一定摩爾比的二價鐵鹽與三價鐵鹽加入燒杯中，二價鐵鹽與三價鐵鹽的摩爾比為3 1，加入去離子水配製成濃度為0. 3M鐵離子溶液，二價鐵鹽為氯化亞鐵FeCl2，三價鐵鹽為氯化鐵FeCl3 ； 步驟3 :將步驟I中所述的陰離子水凝膠浸泡到步驟2中所述的鐵離子溶液中，陰離子水凝膠質量與鐵離子溶液的體積比為3g 20ml，在室溫下浸泡15h，使鐵離子吸附到陰離子水凝膠網絡中；步驟4 :在燒杯中配製Imol的鹼溶液10ml，鹼為氨水；步驟5 :向步驟3中裝有吸附了鐵離子的水凝膠和鐵離子溶液的燒杯通入氮氣直至除去溶液中的氧氣，同時也向步驟4的鹼溶液的燒杯中通入氮氣直至除去溶液中的氧氣，再將步驟3中吸附了鐵離子的水凝膠浸泡到步驟4的鹼溶液中；步驟6 :將步驟5的浸泡有水凝膠的鹼溶液的pH值調節為11，水浴加熱至40°C，在氮氣氣氛下恆溫保持15h，在陰離子高分子水凝膠網絡中原位合成Fe3O4納米晶體。步驟7:將包裹Fe3O4納米晶體的陰離子高分子水凝膠用蒸餾水清洗、真空乾燥後，馬弗爐中燒結直至去除高分子水凝膠後，合成得到三稜鏡結構Fe3O4納米晶體的黑色粉末。本實施例所得最終產品用透射電子顯微鏡觀察到平均邊長為257nm三稜鏡結構Fe3O4納米晶體。實施例四一種合成三稜鏡結構四氧化三鐵納米晶體的方法，步驟如下步驟I :將IM陰離子單體、IOmol %交聯劑甲叉雙丙烯醯胺以及0. Imol^引發劑a -酮戍二酸，通過365nm紫外光引發的自由基聚合反應合成交聯密度在10mol%的陰離子高分子水凝膠，陰離子單體基團為羧酸基鹽；步驟2 :稱取一定摩爾比的二價鐵鹽與三價鐵鹽加入燒杯中，二價鐵鹽與三價鐵鹽的摩爾比為4 1，加入去離子水配製成濃度為0.4M鐵離子溶液，二價鐵鹽為硝酸亞鐵Fe (NO3)2，三價鐵鹽為硝酸鐵(Fe(NO3)3)；步驟3 :將步驟I中所述的陰離子水凝膠浸泡到步驟2中所述的鐵離子溶液中，陰離子水凝膠質量與鐵離子溶液的體積比為3g 15ml，在室溫下浸泡18h，使鐵離子吸附到陰離子水凝膠網絡中；步驟4 :在燒杯中配製0. 8mol的鹼溶液10ml，鹼為氫氧化鈉；步驟5 :向步驟3中裝有吸附了鐵離子的水凝膠和鐵離子溶液的燒杯通入氮氣直至除去溶液中的氧氣，同時也向步驟4的鹼溶液的燒杯中通入氮氣直至除去溶液中的氧氣，再將步驟3中吸附了鐵離子的水凝膠浸泡到步驟4的鹼溶液中；
步驟6 :將步驟5的浸泡有水凝膠的鹼溶液的pH值調節為11，水浴加熱至40°C，在氮氣氣氛下恆溫保持14h，在陰離子高分子水凝膠網絡中原位合成Fe3O4納米晶體。步驟7:將包裹Fe3O4納米晶體的陰離子高分子水凝膠用蒸餾水清洗、真空乾燥後，馬弗爐中燒結直至去除高分子水凝膠後，合成得到三稜鏡結構Fe3O4納米晶體的黑色粉末。本實施例所得最終產品用透射電子顯微鏡觀察到平均邊長為254nm三稜鏡結構Fe3O4納米晶體。
實施例五一種合成三稜鏡結構四氧化三鐵納米晶體的方法，步驟如下步驟I :將IM陰離子單體、15m0l%交聯劑甲叉雙丙烯醯胺以及O. Imol^引發劑α-酮戊二酸，通過熱引發的自由基聚合反應合成交聯密度在15mol%的陰離子高分子水凝膠，陰離子單體基團為苯磺酸基鹽；步驟2 :稱取一定摩爾比的二價鐵鹽與三價鐵鹽加入燒杯中，二價鐵鹽與三價鐵鹽的摩爾比為4 1，加入去離子水配製成濃度為O. 4M鐵離子溶液，二價鐵鹽為硫酸亞鐵FeSO4，三價鐵鹽為硫酸鐵(Fe2(SO4)3)；步驟3 :將步驟I中所述的陰離子水凝膠浸泡到步驟2中所述的鐵離子溶液中，陰離子水凝膠質量與鐵離子溶液的體積比為3g 10ml，在室溫下浸泡24h，使鐵離子吸附到陰離子水凝膠網絡中；步驟4 :在燒杯中配製I. 5mol的鹼溶液10ml，鹼為氫氧化鈉；步驟5 :向步驟3中裝有吸附了鐵離子的水凝膠和鐵離子溶液的燒杯通入氮氣直至除去溶液中的氧氣，同時也向步驟4的鹼溶液的燒杯中通入氮氣直至除去溶液中的氧氣，再將步驟3中吸附了鐵離子的水凝膠浸泡到步驟4的鹼溶液中；步驟6 :將步驟5的浸泡有水凝膠的鹼溶液的pH值調節為11，水浴加熱至40°C，在氮氣氣氛下恆溫保持8h，在陰離子高分子水凝膠網絡中原位合成Fe3O4納米晶體；步驟7:將包裹Fe3O4納米晶體的陰離子高分子水凝膠用蒸餾水清洗、真空乾燥後，馬弗爐中燒結直至去除高分子水凝膠後，合成得到三稜鏡結構Fe3O4納米晶體的黑色粉末。本實施例所得最終產品用透射電子顯微鏡觀察到平均邊長為143nm三稜鏡結構Fe3O4納米晶體。實施例六一種合成三稜鏡結構四氧化三鐵納米晶體的方法，步驟如下步驟I :將IM陰離子單體、4m0l%交聯劑甲叉雙丙烯醯胺以及O. Imol^引發劑過硫酸銨，通過365nm紫外光引發的自由基聚合反應合成交聯密度在15mol %的陰離子高分子水凝膠，陰離子單體為基團2-丙烯醯胺基-2-甲基丙磺酸鈉；步驟2 :稱取一定摩爾比的二價鐵鹽與三價鐵鹽加入燒杯中，二價鐵鹽與三價鐵鹽的摩爾比為4 1，加入去離子水配製成濃度為O. 2M鐵離子溶液，二價鐵鹽為硫酸亞鐵FeSO4，三價鐵鹽為硫酸鐵(Fe2(SO4)3)；步驟3 :將步驟I中所述的陰離子水凝膠浸泡到步驟2中所述的鐵離子溶液中，陰離子水凝膠質量與鐵離子溶液的體積比為3g 25ml，在室溫下浸泡20h，使鐵離子吸附到陰離子水凝膠網絡中；步驟4 :在燒杯中配製I. 5mol的鹼溶液10ml，鹼為氫氧化鈉；
步驟5 :向步驟3中裝有吸附了鐵離子的水凝膠和鐵離子溶液的燒杯通入氮氣直至除去溶液中的氧氣，同時也向步驟4的鹼溶液的燒杯中通入氮氣直至除去溶液中的氧氣，再將步驟3中吸附了鐵離子的水凝膠浸泡到步驟4的鹼溶液中；步驟6 :將步驟5的浸泡有水凝膠的鹼溶液的pH值調節為11，水浴加熱至40°C，在氮氣氣氛下恆溫保持17h，在陰離子高分子水凝膠網絡中原位合成Fe3O4納米晶體。步驟7:將包裹Fe3O4納米晶體的陰離子高分子水凝膠用蒸餾水清洗、真空乾燥後，馬弗爐中燒結直至去除高分子水凝膠後，合成得到三稜鏡結構Fe3O4納米晶體的黑色粉末。本實施例所得最終產品用透射電子顯微鏡觀察到平均邊長為147nm三稜鏡結構Fe3O4納米晶體。 實施例七一種合成三稜鏡結構四氧化三鐵納米晶體的方法，步驟如下步驟I :將IM陰離子單體、15m0l%交聯劑甲叉雙丙烯醯胺以及O. Imol^引發劑α -酮戍二酸，通過365nm紫外光引發自由基聚合反應合成交聯密度在15mol%的陰離子高分子水凝膠，陰離子單體為2-丙烯醯胺-2-甲基丙烷磺酸鈉；步驟2 :稱取一定摩爾比的二價鐵鹽與三價鐵鹽加入燒杯中，二價鐵鹽與三價鐵鹽的摩爾比為2 1，加入去離子水配製成濃度為O. 4M鐵離子溶液，二價鐵鹽為氯化亞鐵FeCl2，三價鐵鹽為氯化鐵FeCl3 ；步驟3 :將步驟I中所述的陰離子水凝膠浸泡到步驟2中所述的鐵離子溶液中，陰離子水凝膠質量與鐵離子溶液的體積比為3g 20ml，在室溫下浸泡6-24h，使鐵離子吸附到陰離子水凝膠網絡中；步驟4 :在燒杯中配製I. Omol的鹼溶液10ml，鹼為氫氧化鈉；步驟5 :向步驟3中裝有吸附了鐵離子的水凝膠和鐵離子溶液的燒杯通入氮氣直至除去溶液中的氧氣，同時也向步驟4的鹼溶液的燒杯中通入氮氣直至除去溶液中的氧氣，再將步驟3中吸附了鐵離子的水凝膠浸泡到步驟4的鹼溶液中；步驟6 :將步驟5的浸泡有水凝膠的鹼溶液的pH值調節為11，水浴加熱至40°C，在氮氣氣氛下恆溫保持12h，在陰離子高分子水凝膠網絡中原位合成Fe3O4納米晶體。步驟7:將包裹Fe3O4納米晶體的陰離子高分子水凝膠用蒸餾水清洗、真空乾燥後，馬弗爐中燒結直至去除高分子水凝膠後，合成得到三稜鏡結構Fe3O4納米晶體的黑色粉末。本實施例所得最終產品用透射電子顯微鏡觀察到平均邊長為127nm三稜鏡結構Fe3O4納米晶體。實施例八一種合成三稜鏡結構四氧化三鐵納米晶體的方法，步驟如下步驟I :將IM陰離子單體、15m0l%交聯劑甲叉雙丙烯醯胺以及O. Imol^引發劑α-酮戊二酸，通過熱引發的自由基聚合反應合成交聯密度在15mol%的陰離子高分子水凝膠，陰離子單體為2-丙烯醯胺-2-甲基丙烷磺酸鈉；步驟2 :稱取一定摩爾比的二價鐵鹽與三價鐵鹽加入燒杯中，二價鐵鹽與三價鐵鹽的摩爾比為3 1，加入去離子水配製成濃度為O. 2M鐵離子溶液，二價鐵鹽為硫酸亞鐵FeSO4，三價鐵鹽為硫酸鐵(Fe2(SO4)3)；步驟3 :將步驟I中所述的陰離子水凝膠浸泡到步驟2中所述的鐵離子溶液中，陰離子水凝膠質量與鐵離子溶液的體積比為3g 20ml，在室溫下浸泡24h，使鐵離子吸附到陰離子水凝膠網絡中；步驟4 :在燒杯中配製I. 5mol的鹼溶液10ml，鹼為氫氧化鉀；步驟5 :向步驟3中裝有吸附了鐵離子的水凝膠和鐵離子溶液的燒杯通入氮氣直至除去溶液中的氧氣，同時也向步驟4的鹼溶液的燒杯中通入氮氣直至除去溶液中的氧氣，再將步驟3中吸附了鐵離子的水凝膠浸泡到步驟4的鹼溶液中；步驟6 :將步驟5的浸泡有水凝膠的鹼溶液的pH值調節為11，水浴加熱至40°C，在氮氣氣氛下恆溫保持14h，在陰離子高分子水凝膠網絡中原位合成Fe3O4納米晶體。步驟7:將包裹Fe3O4納米晶體的陰離子高分子水凝膠用蒸餾水清洗、真空乾燥後， 馬弗爐中燒結直至去除高分子水凝膠後，合成得到三稜鏡結構Fe3O4納米晶體的黒色粉末。本實施例所得最終產品用透射電子顯微鏡觀察到平均邊長為113nm三稜鏡結構Fe3O4納米晶體。實施例九ー種合成三稜鏡結構四氧化三鐵納米晶體的方法，步驟如下步驟I :將IM陰離子単體、Smol %交聯劑甲叉雙丙烯醯胺以及O. Imol^引發劑α -酮戊ニ酸或過硫酸銨，通過365nm紫外光引發的自由基聚合反應合成交聯密度在Smol %的陰離子高分子水凝膠，陰離子単體基團為羧酸基；步驟2 :稱取一定摩爾比的ニ價鐵鹽與三價鐵鹽加入燒杯中，ニ價鐵鹽與三價鐵鹽的摩爾比為4 1，加入去離子水配製成濃度為O. 4M鐵離子溶液，ニ價鐵鹽為氯化亞鐵FeCl2，三價鐵鹽為氯化鐵FeCl3 ；步驟3 :將步驟I中所述的陰離子水凝膠浸泡到步驟2中所述的鐵離子溶液中，陰離子水凝膠質量與鐵離子溶液的體積比為3g 15ml，在室溫下浸泡24h，使鐵離子吸附到陰離子水凝膠網絡中；步驟4 :在燒杯中配製I. 5mol的鹼溶液10ml，鹼為氨水；步驟5 :向步驟3中裝有吸附了鐵離子的水凝膠和鐵離子溶液的燒杯通入氮氣直至除去溶液中的氧氣，同時也向步驟4的鹼溶液的燒杯中通入氮氣直至除去溶液中的氧氣，再將步驟3中吸附了鐵離子的水凝膠浸泡到步驟4的鹼溶液中；步驟6 :將步驟5的浸泡有水凝膠的鹼溶液的pH值調節為11，水浴加熱至40°C，在氮氣氣氛下恆溫保持17h，在陰離子高分子水凝膠網絡中原位合成Fe3O4納米晶體；步驟7:將包裹Fe3O4納米晶體的陰離子高分子水凝膠用蒸餾水清洗、真空乾燥後，馬弗爐中燒結直至去除高分子水凝膠後，合成得到三稜鏡結構Fe3O4納米晶體的黒色粉末。本實施例所得最終產品用透射電子顯微鏡觀察到平均邊長為338nm三稜鏡結構Fe3O4納米晶體。實施例十ー種合成三稜鏡結構四氧化三鐵納米晶體的方法，步驟如下步驟I :將IM陰離子単體、4m0l%交聯劑甲叉雙丙烯醯胺以及O. Imol^引發劑過硫酸銨，通過熱引發的自由基聚合反應合成交聯密度在4mol%的陰離子高分子水凝膠，陰離子單體為聚丙烯酸；步驟2 :稱取一定摩爾比的ニ價鐵鹽與三價鐵鹽加入燒杯中，ニ價鐵鹽與三價鐵鹽的摩爾比為4 1，加入去離子水配製成濃度為O. 4M鐵離子溶液，ニ價鐵鹽為硝酸亞鐵Fe (NO3) 2，三價鐵鹽為硫酸鐵硝酸鐵Fe (NO3) 3 ；
步驟3 :將步驟I中所述的陰離子水凝膠浸泡到步驟2中所述的鐵離子溶液中，陰離子水凝膠質量與鐵離子溶液的體積比為3g 10ml，在室溫下浸泡24h，使鐵離子吸附到陰離子水凝膠網絡中；步驟4 :在燒杯中配製I. 5mol的鹼溶液10ml，鹼包括氫氧化鈉、氫氧化鉀或氨水；步驟5 :向步驟3中裝有吸附了鐵離子的水凝膠和鐵離子溶液的燒杯通入氮氣直至除去溶液中的氧氣，同時也向步驟4的鹼溶液的燒杯中通入氮氣直至除去溶液中的氧氣，再將步驟3中吸附了鐵離子的水凝膠浸泡到步驟4的鹼溶液中；步驟6 :將步驟5的浸泡有水凝膠的鹼溶液的pH值調節為11，水浴加熱至40°C，在氮氣氣氛下恆溫保持7h，在陰離子高分子水凝膠網絡中原位合成Fe3O4納米晶體；步驟7:將包裹Fe3O4納米晶體的陰離子高分子水凝膠用蒸餾水清洗、真空乾燥後，馬弗爐中燒結直至去除高分子水凝膠後，合成得到三稜鏡結構Fe3O4納米晶體的黒色粉末。本實施例所得最終產品用透射電子顯微鏡觀察到平均邊長為269nm三稜鏡結構Fe3O4納米晶體。實施例i^ 一ー種合成三稜鏡結構四氧化三鐵納米晶體的方法，步驟如下步驟I :將IM陰離子単體、45m0l%交聯劑甲叉雙丙烯醯胺以及O. Imol^引發劑α -酮戍ニ酸，通過365nm紫外光引發的自由基聚合反應合成交聯密度在O. 5_15mol%的陰離子高分子水凝膠，陰離子單體為甲基丙烯酸；步驟2 :稱取一定摩爾比的ニ價鐵鹽與三價鐵鹽加入燒杯中，ニ價鐵鹽與三價鐵鹽的摩爾比為4 1，加入去離子水配製成濃度為O. 4M鐵離子溶液，ニ價鐵鹽為硫酸亞鐵FeSO4，三價鐵鹽為硫酸鐵(Fe2(SO4)3)；步驟3 :將步驟I中所述的陰離子水凝膠浸泡到步驟2中所述的鐵離子溶液中，陰離子水凝膠質量與鐵離子溶液的體積比為3g 10ml，在室溫下浸泡24h，使鐵離子吸附到陰離子水凝膠網絡中；步驟4 :在燒杯中配製I. Omol的鹼溶液10ml，鹼包括氫氧化鈉；步驟5 :向步驟3中裝有吸附了鐵離子的水凝膠和鐵離子溶液的燒杯通入氮氣直至除去溶液中的氧氣，同時也向步驟4的鹼溶液的燒杯中通入氮氣直至除去溶液中的氧氣，再將步驟3中吸附了鐵離子的水凝膠浸泡到步驟4的鹼溶液中；步驟6 :將步驟5的浸泡有水凝膠的鹼溶液的pH值調節為11，水浴加熱至40°C，在氮氣氣氛下恆溫保持8h，在陰離子高分子水凝膠網絡中原位合成Fe3O4納米晶體；步驟7:將包裹Fe3O4納米晶體的陰離子高分子水凝膠用蒸餾水清洗、真空乾燥後，馬弗爐中燒結直至去除高分子水凝膠後，合成得到三稜鏡結構Fe3O4納米晶體的黒色粉末。本實施例所得最終產品用透射電子顯微鏡觀察到平均邊長為306nm三稜鏡結構Fe3O4納米晶體。實施例十二ー種合成三稜鏡結構四氧化三鐵納米晶體的方法，步驟如下步驟I :將IM陰離子単體、10mOl%交聯劑甲叉雙丙烯醯胺以及O. Imol^引發劑α-酮戊ニ酸，通過熱引發的自由基聚合反應合成交聯密度在IOmol %的陰離子高分子水凝膠，陰離子單體為甲基丙烯酸；步驟2 :稱取一定摩爾比的ニ價鐵鹽與三價鐵鹽加入燒杯中，ニ價鐵鹽與三價鐵鹽的摩爾比為4 1，加入去離子水配製成濃度為O. 2Μ鐵離子溶液，ニ價鐵鹽為硫酸亞鐵FeSO4,三價鐵鹽為硫酸鐵Fe2 (SO4) 3 ；步驟3 :將步驟I中所述的陰離子水凝膠浸泡到步驟2中所述的鐵離子溶液中，陰離子水凝膠質量與鐵離子溶液的體積比為3g 20ml，在室溫下浸泡24h，使鐵離子吸附到陰離子水凝膠網絡中；步驟4 :在燒杯中配製I. Omol的鹼溶液10ml，鹼為氫氧 化鈉；步驟5 :向步驟3中裝有吸附了鐵離子的水凝膠和鐵離子溶液的燒杯通入氮氣直至除去溶液中的氧氣，同時也向步驟4的鹼溶液的燒杯中通入氮氣直至除去溶液中的氧氣，再將步驟3中吸附了鐵離子的水凝膠浸泡到步驟4的鹼溶液中；步驟6 :將步驟5的浸泡有水凝膠的鹼溶液的pH值調節為11，水浴加熱至40°C，在氮氣氣氛下恆溫保持13h，在陰離子高分子水凝膠網絡中原位合成Fe3O4納米晶體；步驟7:將包裹Fe3O4納米晶體的陰離子高分子水凝膠用蒸餾水清洗、真空乾燥後，馬弗爐中燒結直至去除高分子水凝膠後，合成得到三稜鏡結構Fe3O4納米晶體的黒色粉末。本實施例所得最終產品用透射電子顯微鏡觀察到平均邊長為147nm三稜鏡結構Fe3O4納米晶體。
權利要求
1.一種合成三稜鏡結構四氧化三鐵納米晶體的方法，其特徵在於，步驟如下 步驟I :將IM陰離子單體、0. 5-15mol%交聯劑甲叉雙丙烯醯胺以及0. lmol%引發劑a -酮戊二酸或過硫酸銨，通過365nm紫外光引發或熱引發的自由基聚合反應合成交聯密度在0. 5-15mol%的陰離子高分子水凝膠，陰離子單體基團包括磺酸基、磺酸基鹽、苯磺酸基、苯磺酸基鹽、磷酸基、磷酸基鹽、羧酸基或羧酸基鹽，陰離子單體分為天然和合成陰離子水凝膠； 步驟2:稱取一定摩爾比的二價鐵鹽與三價鐵鹽加入燒杯中，二價鐵鹽與三價鐵鹽的摩爾比為2 1-4 1，加入去離子水配製成濃度為0. 2M-0. 4M鐵離子溶液，二價鐵鹽為硫酸亞鐵FeSO4、氯化亞鐵FeCl2、硝酸亞鐵Fe (NO3) 2或含結晶水的上述鐵鹽，三價鐵鹽為硫酸鐵(Fe2 (SO4) 3)、氯化鐵(FeCl3)、硝酸鐵(Fe(NO3)3)或含結晶水的上述鐵鹽； 步驟3 :將步驟I中所述的陰離子水凝膠浸泡到步驟2中所述的鐵離子溶液中，陰離子水凝膠質量與鐵離子溶液的體積比為3g 10ml-3g 30ml，在室溫下浸泡6-24h，使鐵離子吸附到陰離子水凝膠網絡中； 步驟4 :在燒杯中配製0. 5mol-l. 5mol的鹼溶液10ml，鹼包括氫氧化鈉、氫氧化鉀或氨水； 步驟5 :向步驟3中裝有吸附了鐵離子的水凝膠和鐵離子溶液的燒杯通入氮氣直至除去溶液中的氧氣，，同時也向步驟4的鹼溶液的燒杯中通入氮氣直至除去溶液中的氧氣，再將步驟3中吸附了鐵離子的水凝膠浸泡到步驟4的鹼溶液中； 步驟6 :將步驟5的浸泡有水凝膠的鹼溶液的pH值調節為11，水浴加熱至40°C，在氮氣氣氛下恆溫保持6-18h，在陰離子高分子水凝膠網絡中原位合成Fe3O4納米晶體； 步驟7:將包裹Fe3O4納米晶體的陰離子高分子水凝膠用蒸餾水清洗、真空乾燥後，馬弗爐中燒結直至去除高分子水凝膠後，合成得到三稜鏡結構Fe3O4納米晶體的黑色粉末。
全文摘要
一種合成三稜鏡結構四氧化三鐵納米晶體的方法，步驟如下步驟1將陰離子單體、交聯劑甲叉雙丙烯醯胺以及引發劑通過聚合反應合成高分子水凝膠；步驟2配製鐵離子溶液；步驟3水凝膠浸泡到鐵離子溶液中；步驟4配製鹼溶液；步驟5向步驟3通入氮氣，向步驟4通入氮氣，再將水凝膠浸泡到鹼溶液中；步驟6調節鹼溶液的pH值，水浴加熱在氮氣下恆溫保持，合成Fe3O4納米晶體；步驟7清洗、乾燥，合成得到三稜鏡結構Fe3O4納米晶體的黑色粉末，本發明對原料要求簡單，不需添加任何有機試劑，無汙染；此外，所需設備簡單，成本低，反應溫度低，操作簡便，產率高，產品重現性好，易於實現大規模工業化生產。
文檔編號B82Y40/00GK102659190SQ20121011277
公開日2012年9月12日 申請日期2012年4月17日 優先權日2012年4月17日
發明者楊志懋, 陳詠梅, 高揚 申請人:西安交通大學