一種製備α-三氧化二鐵介觀晶體的方法
2023-07-21 22:41:11 1
專利名稱：一種製備α-三氧化二鐵介觀晶體的方法
技術領域：
本發明涉及一種製備a -三氧化二鐵介觀晶體的方法，具體涉及一種製備粒徑分 布在20-30 m具有納米超結構的a -三氧化二鐵介晶的方法，屬於功能材料製備技術領 域。
背景技術：
納米科技自上世紀80年代至今，仍然是科學領域的前沿熱點。在納米材料的研究 和發展過程中，人們已經不再過於關注納米材料本身的合成，而是更多的去尋求、挖掘納米 材料各方面的應用。由於納米材料本身尺寸很小，為10—、，而作為一個可以應用的、具有商 業價值的器件，目前還必須將納米材料進行組裝，成為人們可以進行設計、操控和裁剪的體 系。所以，越來越多的研究著重於納米組裝體系，如納米陣列、介孔晶體、薄膜鑲嵌體系、生 物礦化體系等等。 介觀晶體(Mesocrystal)是近年來一個新的晶體材料概念，它的基本特徵是由納 米尺度的顆粒自組裝形成的高度有序的超結構體系，具有介觀尺寸(幾百納米至數微米)。 由於介晶的結構特點是既有納米顆粒本身的性質，又具有納米顆粒間的界面耦合效應，所 以介晶材料作為一種新的納米組裝體系，將是日後科學研究的一大熱點，也是未來工業應 用的希望之一。 目前關於介晶材料的報導幾乎都是關於液相製備，而且需要有機添加劑作為輔助 劑。如用兩親性的共聚物作為添加劑，得到碳酸鈣介晶(Yu，S.H. ;C6lfen，H. ;Antonietti， M. J. Phys. Chem. B 2003， 107， 7396)。從應用角度來看，有機添加劑的存在對於功能材料而 言其實是一種雜質，多數情況下不利於材料的物化和使用性能。同時，很多有機添加劑價格 昂貴，不利於將來大規模的應用。 a-三氧化二鐵是一種多功能的材料，它的納米材料在電子、化工、材料、建築和能 源等方面都有廣泛的用途。關於它的介晶報導很少，如Zhu等報導的哈密瓜形a-三氧化二 鐵介晶(Zhu， L. P. ;Xiao， H. M. ;Fu， S. Y. Cryst. Growth & Des. 2007， 7， 177)，長度為1 ii m， 寬為400-500nm。Wang等報導的雞蛋形a-三氧化二鐵介晶(Wang，D.B. ;Song，C.X. ;Zhao， Y. H. ;Yang， M. L. J. Phys. Chem. C 2008， 112， 12710)，直徑為500nm。但二者均採用水熱反 應，不僅採用了有機添加劑，還需要較長的反應時間，如16小時；並且所得產物的尺寸範圍 還比較小，僅在liim以內。
發明內容
本發明的目的是為了解決上述製備方法需有機添加劑以及反應時間長的問題，提 出一種製備a-三氧化二鐵介觀晶體的方法。
本發明的目的是通過以下技術方案實現的。 本發明的一種製備a -三氧化二鐵介觀晶體的方法，其具體製備步驟為 1)將濃度為0. 2 0. 3mol/L三價鐵鹽水溶液與沉澱劑加入到反應器中進行反應，攪拌，反應溫度為60 90°C ，得到混合物； 2)將步驟1)得到的混合物過濾，並將濾餅進行洗滌、乾燥，得到前驅物氫氧化鐵；
3)將步驟2)得到的前驅物氫氧化鐵與滷化銨混合研磨，研磨20 30分鐘，然後 將混合物在馬弗爐中進行熱處理，馬弗爐的溫度350 100(TC，時間為0. 5 6小時，獲得
由納米三氧化二鐵顆粒組裝而成的a-三氧化二鐵介晶。 上述的步驟1)中的沉澱劑為氫氧化鈉溶液、氫氧化鉀溶液或氨水中的一種，沉澱
劑的濃度為1.4 1.6mol/L，三價鐵鹽水溶液與沉澱劑的溶質摩爾比1 : 3. 5 4; 上述步驟2)中對濾餅進行洗滌時採用蒸餾水和無水乙醇交替洗滌； 上述的步驟3)中滷化銨優選為溴化銨或氯化銨； 上述的步驟3)中前驅物氫氧化鐵與滷化銨的質量比為1 : 1 15。 利用上述方法得到的介晶三氧化二鐵具有三維納米超結構，介晶尺寸範圍為
20-30iim。 有益效果 本發明的方法操作步驟簡單，成本低，前驅物製備過程中產生的副產物為各種無 機鹽的水溶液，其中的氯化銨可進行回收再利用；本發明沒有採用任何有機添加劑，避免了 有機物在介晶中形成雜質相；所得產物的尺寸比之前報導的結果大了一個數量級；本發明 的方法是在高溫熱處理下得到具有三維納米超結構的產物，在製備納米顆粒陶瓷方面具有 極大的潛力。
圖1為本發明實施例3所得到的a -
圖2為本發明實施例3所得到的a _
圖3為本發明實施例3所得到的a -
三氧化二鐵介晶的X射線衍射圖； 三氧化二鐵介晶的低倍掃描電鏡照片； 三氧化二鐵介晶表面的高倍掃描電鏡照片。
具體實施例方式
以下是通過具體的實施例對本發明的技術方案作進一步描述，是對本發明的進一
步說明，而不是限制本發明的範圍。 實施例1 1)將5. 4g的FeCl3 6H20和75ml蒸餾水加入到200ml的燒杯中，攪拌並加熱到
80°C ; 2)將3. 0g氫氧化鈉和50ml蒸餾水加入到80ml的燒杯中，得到氫氧化鈉水溶液；
3)將步驟2)中的氫氧化鈉水溶液加入到步驟1)的氯化鐵水溶液中，攪拌，有紅 棕色的沉澱產生，20分鐘後用布氏漏鬥過濾，將得到的濾餅用蒸餾水和無水乙醇交替洗滌 4次，然後將濾餅在6(TC下常壓乾燥6小時，得到前驅物氫氧化鐵； 4)將步驟3)得到的前驅物氫氧化鐵與氯化銨按照質量比為1 : 1進行混合，並將 混合物於瑪瑙研缽中研磨20分鐘，然後將混合物放入氧化鋁坩鍋中，一起放入馬弗爐內， 35(TC下熱處理0. 5小時，隨爐冷卻，最後得到由納米三氧化二鐵顆粒組裝而成的a _三氧 化二鐵介晶，介晶尺寸範圍為20-30 ym。
實施例2
4
1)將8. 08g的Fe (N03) 3 *9H20和75ml蒸餾水加入到200ml的燒杯中，攪拌並加熱 到70°C ; 2)將4. 0g氫氧化鉀和50ml蒸餾水加入到80ml的燒杯中，得到氫氧化鉀水溶液；
3)將步驟2)中的氫氧化鉀水溶液加入到步驟1)的硝酸鐵水溶液中，攪拌，有紅 棕色的沉澱產生，20分鐘後用布氏漏鬥過濾，將得到的濾餅用蒸餾水和無水乙醇交替洗滌 4次，然後將濾餅在6(TC下常壓乾燥6小時，得到前驅物氫氧化鐵； 4)將步驟3)得到的前驅物氫氧化鐵與溴化銨按照質量比為1 : 3進行混合，並將 混合物於瑪瑙研缽中研磨20分鐘，然後將混合物放入氧化鋁坩鍋中，一起放入馬弗爐內， 45(TC下熱處理2小時，隨爐冷卻，最後得到由納米三氧化二鐵顆粒組裝而成的a -三氧化 二鐵介晶，介晶尺寸範圍為20-30 i！ m。
實施例3 1)將5. 4g的FeCl3 6H20和75ml蒸餾水加入到200ml的燒杯中，攪拌並加熱到
80°C ; 2)用50ml的量筒量取25ml的濃氨水(體積分數28% )，在攪拌狀態下緩緩加入 到盛有25ml蒸餾水的80ml燒杯，直至形成均勻的氨水溶液； 3)將步驟2)中的氨水溶液加入到步驟1)的氯化鐵水溶液中，攪拌，有紅棕色的沉 澱產生，20分鐘後用布氏漏鬥過濾，將得到的濾餅用蒸餾水和無水乙醇交替洗滌4次，然後 將濾餅在6(TC下常壓乾燥6小時，得到前驅物氫氧化鐵； 4)將步驟3)得到的前驅物氫氧化鐵與氯化銨按照質量比為1 : 3進行混合，並將 混合物於瑪瑙研缽中研磨20分鐘，然後將混合物放入氧化鋁坩鍋中，一起放入馬弗爐內， 50(TC下熱處理2小時，隨爐冷卻，最後得到由納米三氧化二鐵顆粒組裝而成的a -三氧化 二鐵介晶，介晶尺寸範圍為20-30 ii m。
實施例4 1)將5. 4g的FeCl3 6H20和75ml蒸餾水加入到200ml的燒杯中，攪拌並加熱到 90°C ; 2)用50ml的量筒量取25ml的濃氨水(體積分數28% )，在攪拌狀態下緩緩加入 到盛有25ml蒸餾水80ml的燒杯，直至形成均勻的氨水溶液； 3)將步驟2)中的氨水溶液加入到步驟1)的氯化鐵水溶液中，攪拌，有紅棕色的沉 澱產生，20分鐘後用布氏漏鬥過濾，將得到的濾餅用蒸餾水和無水乙醇交替洗滌4次，然後 將濾餅在6(TC下常壓乾燥6小時，得到前驅物氫氧化鐵； 4)將步驟3)得到的前驅物氫氧化鐵與溴化銨按照質量比為1 : 12進行混合， 並將混合物於瑪瑙研缽中研磨20分鐘，然後將混合物放入氧化鋁坩鍋中，一起放入馬弗爐 內，50(TC下熱處理4小時，隨爐冷卻，最後得到由納米三氧化二鐵顆粒組裝而成的a -三氧 化二鐵介晶，介晶尺寸範圍為20-30 ii m。
實施例5 1)將8. 08g的Fe (N03) 3 *9H20和75ml蒸餾水加入到200ml的燒杯中，攪拌並加熱 到90°C ; 2)將4. Og氫氧化鉀和50ml蒸餾水加入到80ml的燒杯中，得到氫氧化鉀水溶液；
3)將步驟2)中的氫氧化鉀水溶液加入到步驟1)的硝酸鐵水溶液中，攪拌，有紅
5棕色的沉澱產生，20分鐘後用布氏漏鬥過濾，將得到的濾餅用蒸餾水和無水乙醇交替洗滌 4次，然後將濾餅在6(TC下常壓乾燥6小時，得到前驅物氫氧化鐵； 4)將步驟3)得到的前驅物氫氧化鐵與氯化銨按照質量比為1 : 12進行混合， 並將混合物於瑪瑙研缽中研磨20分鐘，然後將混合物放入氧化鋁坩鍋中，一起放入馬弗爐 內，90(TC下熱處理1小時，隨爐冷卻，最後得到由納米三氧化二鐵顆粒組裝而成的a -三氧 化二鐵介晶，介晶尺寸範圍為20-30 ii m。
實施例6 1)將5. 4g的FeCl3 6H20和75ml蒸餾水加入到200ml的燒杯中，滴加幾滴濃硫 酸促進溶解，攪拌並加熱到7(TC ; 2)將3. Og氫氧化鈉和50ml蒸餾水加入到80ml的燒杯中，得到氫氧化鈉水溶液；
3)將步驟2)中的氫氧化鈉水溶液加入到步驟1)的氯化鐵水溶液中，攪拌，有紅 棕色的沉澱產生，20分鐘後用布氏漏鬥過濾，將得到的濾餅用蒸餾水和無水乙醇交替洗滌 4次，然後將濾餅在6(TC下常壓乾燥6小時，得到前驅物氫氧化鐵； 4)將步驟3)得到的前驅物氫氧化鐵與溴化銨按照質量比為1 : 9進行混合，並將 混合物於瑪瑙研缽中研磨20分鐘，然後將混合物放入氧化鋁坩鍋中，一起放入馬弗爐內， 60(TC下熱處理3小時，隨爐冷卻，最後得到由納米三氧化二鐵顆粒組裝而成的a -三氧化 二鐵介晶，介晶尺寸範圍為20-30 ii m。
實施例7 1)將8. Og的Fe2 (S04) 3和75ml蒸餾水加入到200ml的燒杯中，滴加幾滴濃硫酸促 進溶解，攪拌並加熱到8(TC ; 2)將4. Og氫氧化鉀和50ml蒸餾水加入到80ml的燒杯中，得到氫氧化鉀水溶液；
3)將步驟2)中的氫氧化鉀水溶液加入到步驟1)的硫酸鐵水溶液中，攪拌，有紅 棕色的沉澱產生，20分鐘後用布氏漏鬥過濾，將得到的濾餅用蒸餾水和無水乙醇交替洗滌 4次，然後將濾餅在6(TC下常壓乾燥6小時，得到前驅物氫氧化鐵； 4)將步驟3)得到的前驅物氫氧化鐵與氯化銨按照質量比為1 : 5進行混合，並將 混合物於瑪瑙研缽中研磨20分鐘，然後將混合物放入氧化鋁坩鍋中，一起放入馬弗爐內， 70(TC下熱處理0. 5小時，隨爐冷卻，最後得到由納米三氧化二鐵顆粒組裝而成的a _三氧 化二鐵介晶，介晶尺寸範圍為20-30 ym。
實施例8 1)將8. 08g的Fe (N03) 3 *9H20和75ml蒸餾水加入到200ml的燒杯中，攪拌並加熱 到90°C ; 2)用50ml的量筒量取25ml的濃氨水(體積分數28% )，在攪拌狀態下緩緩加入 到盛有25ml蒸餾水80ml的燒杯，直至形成均勻的氨水溶液； 3)將步驟2)中的氨水溶液加入到步驟1)的硝酸鐵水溶液中，攪拌，有紅棕色的沉 澱產生，20分鐘後用布氏漏鬥過濾，將得到的濾餅用蒸餾水和無水乙醇交替洗滌4次，然後 將濾餅在6(TC下常壓乾燥6小時，得到前驅物氫氧化鐵； 4)將步驟3)得到的前驅物氫氧化鐵與氯化銨按照質量比為1 : 1進行混合，並將 混合物於瑪瑙研缽中研磨20分鐘，然後將混合物放入氧化鋁坩鍋中，一起放入馬弗爐內， 90(TC下熱處理2小時，隨爐冷卻，最後得到由納米三氧化二鐵顆粒組裝而成的a -三氧化二鐵介晶，介晶尺寸範圍為20-30 m。
實施例9 1)將8. 0g的Fe2 (S04) 3和75ml蒸餾水加入到200ml的燒杯中，滴加幾滴濃硫酸促 進溶解，攪拌並加熱到8(TC ; 2)將3. 0g氫氧化鈉和50ml蒸餾水加入到80ml的燒杯中，得到氫氧化鈉水溶液；
3)將步驟2)中的氫氧化鈉水溶液加入到步驟1)的硫酸鐵水溶液中，攪拌，有紅 棕色的沉澱產生，20分鐘後用布氏漏鬥過濾，將得到的濾餅用蒸餾水和無水乙醇交替洗滌 4次，然後將濾餅在6(TC下常壓乾燥6小時，得到前驅物氫氧化鐵； 4)將步驟3)得到的前驅物氫氧化鐵與溴化銨按照質量比為1 : 3進行混合，並將 混合物於瑪瑙研缽中研磨20分鐘，然後將混合物放入氧化鋁坩鍋中，一起放入馬弗爐內， 70(TC下熱處理4小時，隨爐冷卻，最後得到由納米三氧化二鐵顆粒組裝而成的a -三氧化 二鐵介晶，介晶尺寸範圍為20-30 i！ m。
權利要求
一種製備α-三氧化二鐵介觀晶體的方法，其特徵在於其具體製備步驟為1)將三價鐵鹽水溶液與沉澱劑加入到反應器中進行反應，攪拌，反應溫度為60～90℃，得到混合物；沉澱劑為氫氧化鈉溶液、氫氧化鉀溶液或氨水中的一種；2)將步驟1)得到的混合物過濾，並將濾餅進行洗滌、乾燥，得到前驅物氫氧化鐵；3)將步驟2)得到的前驅物氫氧化鐵與滷化銨混合研磨，然後將混合物在馬弗爐中進行熱處理，馬弗爐的溫度350～1000℃，時間為0.5～6小時，獲得由納米三氧化二鐵顆粒組裝而成的α-三氧化二鐵介晶。
2. 根據權利要求1所述的一種製備a-三氧化二鐵介觀晶體的方法，其特徵在於步 驟1)中三價鐵鹽水溶液的濃度為0. 2 0. 3mol/L。
3. 根據權利要求l所述的一種製備a-三氧化二鐵介觀晶體的方法，其特徵在於步 驟1)中沉澱劑的濃度為1. 4 1. 6mol/L。
4. 根據權利要求1所述的一種製備a-三氧化二鐵介觀晶體的方法，其特徵在於步 驟1)中三價鐵鹽水溶液與沉澱劑的溶質摩爾比1 : 3. 5 4。
5. 根據權利要求1所述的一種製備a-三氧化二鐵介觀晶體的方法，其特徵在於步 驟2)中對濾餅進行洗滌時採用蒸餾水和無水乙醇交替洗滌。
6. 根據權利要求1所述的一種製備a-三氧化二鐵介觀晶體的方法，其特徵在於步 驟3)中前驅物氫氧化鐵與滷化銨混合研磨的時間為20 30分鐘。
7. 根據權利要求l所述的一種製備a-三氧化二鐵介觀晶體的方法，其特徵在於步 驟3)中滷化銨優選為溴化銨或氯化銨。
8. 根據權利要求1所述的一種製備a-三氧化二鐵介觀晶體的方法，其特徵在於步 驟3)中前驅物氫氧化鐵與滷化銨的質量比為1 : 1 15。
全文摘要
本發明涉及一種製備α-三氧化二鐵介觀晶體的方法，具體涉及一種製備粒徑分布在20-30μm具有納米超結構的α-三氧化二鐵介晶的方法，屬於功能材料製備技術領域。將三價鐵鹽水溶液與沉澱劑加入到反應器中進行反應，攪拌，過濾、洗滌、乾燥，得到的前驅物氫氧化鐵與滷化銨混合研磨，然後熱處理得α-三氧化二鐵介晶。本發明的方法操作步驟簡單，成本低，前驅物製備過程中產生的副產物為各種無機鹽的水溶液，沒有採用任何有機添加劑，避免了有機物在介晶中形成雜質相；所得產物的尺寸比之前報導的結果大了一個數量級；本發明是在高溫熱處理下得到具有三維納米超結構的產物，在製備納米顆粒陶瓷方面具有極大的潛力。
文檔編號C01G49/06GK101786669SQ201010133108
公開日2010年7月28日 申請日期2010年3月26日 優先權日2010年3月26日
發明者姚銳敏, 曹傳寶 申請人:北京理工大學