立方塊的製備方法

2023-06-03 20:34:31

立方塊的製備方法
【專利摘要】本發明公開了一種α-Fe2O3立方塊的製備方法，包括以下步驟：以鐵鹽為鐵源、尿素為氫氧根離子引發劑，加入到醇溶劑中，攪拌使原料混合均勻，得到溶劑熱反應的前驅液；將前驅液加熱到180-220℃，保溫6-36h進行反應；產物冷卻後離心，所得的沉積相洗滌，洗滌後乾燥得到尺寸可控的邊長為0.1-1.0μm的α-Fe2O3立方塊。本發明提供的製備方法，原料成本低廉，製備過程簡單，通過改變鐵鹽與尿素的加入比例及濃度、反應溫度和保溫時間，可以得到不同邊長的α-Fe2O3立方塊，反應過程中成核容易控制，產物的產率高，能夠實現微納米級α-Fe2O3立方塊的大規模合成。
【專利說明】—種Ct-Fe2O3立方塊的製備方法

【技術領域】
[0001]本發明涉及化學工程【技術領域】的一種a -Fe2O3立方塊的製備方法，尤其是涉及一種邊長可控的a -Fe2O3立方塊的製備方法。

【背景技術】
[0002]氧化鐵是一類重要的過渡金屬氧化物材料，具有無毒性、價格低廉、穩定性好、物理化學性能良好等優點，應用範圍十分廣泛，可用作敏感材料、催化材料、製作光學及電子器件、磁記錄材料等，引起人們的研究興趣。而a-Fe2O3是氧化鐵的熱力學最穩定相，其能隙為2.leV，具有較大的比表面積，在催化、生物醫藥工程、氣敏等方面顯示出優異的特性。
[0003]近年來，通過不同體系的液相或氣相合成方法已經製備出各種微納米尺度的a -Fe2O3材料，包括微納米顆粒、微納米管、立方塊、棒狀、盤狀、針狀、樹枝狀等特殊形貌。其中，國內外關於不同顆粒尺寸的ct-Fe2O3立方塊的報導並不多。Peng Sun, Chen Wang,Xin Zhou等的《銅摻雜的a-Fe2O3片層狀立方體:合成及氣敏特性》(Cu_doped a -Fe2O3hierarchical microcubes: synthesis and gas sensing properties.Sensors andActuators B: Chemical, 2014，193:616- 622)以氯化鐵、環六亞甲基四胺為原料，乙醇和水混合後作為溶劑，利用溶劑熱法在160 °C保溫12 h合成了邊長為1.2 μ m的a -Fe2O3立方塊。Chunyang Yin, Manickam Minakshi, David E.Ralph等的《以甘氨酸為原料,水熱法合成立方體α -Fe2O3顆粒:表面表徵,反應機理和電化學活性》(Hydrothermal synthesisof cubic a -Fe2O3 microparticles using glycine: surface characterizat1n,react1n mechanism and electrochemical activity.2011, 509, 9821-9825)以氯化鐵、甘氨酸為原料，水作為溶劑，利用水熱法在160 °C保溫一段時間合成了邊長為0.3- 1.3μ m的a -Fe2O3立方塊。但現有技術中，合成a -Fe2O3的原料價格昂貴且大多以水作為溶齊U，尺寸調控效果不佳。
[0004]現階段，通常採用水熱或溶劑熱合成法製備不同尺寸的a -Fe2O3立方塊結構，由於不同反應體系的限制，原料成本較高、產物的產率偏低、尺寸調控效果不佳。因此，研究一種操作簡單、重複性好、原料成本低廉、產物的產率高且尺寸可控效果好的製備方法，顯得尤為重要。


【發明內容】

[0005]本發明針對上述問題，提供了一種操作簡單、重複性好、原料成本低廉、產物的產率高、能夠實現具有不同邊長尺寸的a -Fe2O3立方塊的可控合成。
[0006]本發明的技術方案為:
一種a -Fe2O3立方塊的製備方法，其特徵在於，包括以下步驟:
a.以鐵鹽為鐵源、尿素為氫氧根離子引發劑，將鐵源和尿素加入到醇中，通過攪拌使原料混合均勻，得到溶劑熱反應的前驅液；
b.將上述前驅液移入反應釜中，加熱到180-220°C，保溫6-36 h進行溶劑熱反應； C.將上述反應後的產物冷卻後離心，所得的沉積相進行洗滌，洗滌後乾燥得到a -Fe2O3立方塊。
[0007]所述的步驟a中鐵鹽與尿素摩爾比為1:7_16，鐵鹽在醇中的濃度為0.06-0.15mol/L0
[0008]所述的步驟a中的鐵鹽為滷化鐵或硝酸鐵。
[0009]所述的步驟a中的醇為乙醇或丙醇。
[0010]所述的步驟c中a -Fe2O3立方塊的邊長為0.1-1.0 μ m。
[0011]本發明通過溶劑熱法製備a -Fe2O3立方塊具有如下優點:
1.本發明在溶劑熱反應過程中以尿素為氫氧根離子引發劑，採用醇作為溶劑，避免了有毒物質的使用且成本低，無需進行其他操作即可將各原料進行均勻的混合，操作簡單，以醇作為溶劑，能夠更好的實現對產物尺寸的控制。
[0012]2.本發明重複性好、原料成本低廉、產物的產率高、能實現規模化生產；
3.本發明通過改變鐵鹽與尿素的加入比例及鐵鹽的濃度、反應溫度和保溫時間，能夠對a -Fe2O3立方塊邊長尺寸進行控制,規模化的合成0.1-1.0 μ m的a -Fe2O3立方塊。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1為本發明實施例2製備的a -Fe2O3立方塊的掃描電鏡(SEM)圖片。
[0014]圖2為本發明實施例3製備的a -Fe2O3立方塊的掃描電鏡(SEM)圖片。
[0015]圖3為本發明實施例4製備的a -Fe2O3立方塊的X射線衍射(XRD)圖譜。
[0016]圖4為本發明實施例4製備的a -Fe2O3立方塊的掃描電鏡(SEM)圖片。
[0017]圖5為本發明實施例8製備的a -Fe2O3立方塊的掃描電鏡(SEM)圖片。
[0018]圖6為本發明對比實施例1製備的樣品的掃描電鏡(SEM)圖片。

【具體實施方式】
[0019]下面通過實施例對本發明進行進一步的闡述，下述說明僅為了解釋本發明，並不對其內容進行限定。
[0020]實施例1
I將1.010 g的九水合硝酸鐵、1.100 g的尿素加入到17 mL丙醇溶劑中，攪拌得到透明溶液；
2將上述溶液轉移到反應釜中，在180 °C下反應10 h ；
3產物經過離心分離和洗滌後，乾燥得到邊長為0.14-0.19 μ m的a -Fe2O3立方塊。
[0021]實施例2
I將0.676 g的六水合氯化鐵、1.200 g的尿素加入到25 mL乙醇溶劑中，攪拌得到透明溶液；
2將上述溶液轉移到反應釜中，在200 °C下反應16 h ；
3產物經過離心分離和洗滌後，乾燥得到邊長為0.31-0.44 μ m的a -Fe2O3立方塊，如圖1所示。
[0022]實施例3
I將0.676 g的六水合氯化鐵、1.800 g的尿素加入到25 mL乙醇溶劑中，攪拌得到透明溶液；
2將上述溶液轉移到反應釜中，在200 °C下反應16 h ；
3產物經過離心分離和洗滌後，乾燥得到邊長為0.45-0.53 μ m的a -Fe2O3立方塊，如圖2所示。
[0023]實施例4
I將0.676 g的六水合氯化鐵、1.500 g的尿素加入到25 mL乙醇溶劑中，攪拌得到透明溶液；
2將上述溶液轉移到反應釜中，在200 °C下反應16 h ；
3產物經過離心分離和洗滌後，乾燥得到a-Fe203立方塊。產物的微觀形貌和物相結構分別如圖3和4所示，結果表明a -Fe2O3立方塊的邊長為0.48-0.70 μ m, X射線衍射峰值與JCPDS卡(33-0664)保持一致，產物為a -Fe2O3相。
[0024]實施例5
I將0.676 g的六水合氯化鐵、1.650 g的尿素加入到35 mL丙醇溶劑中，攪拌得到透明溶液；
2將上述溶液轉移到反應釜中，在190 °C下反應33 h ；
3產物經過離心分離和洗滌後，乾燥得到邊長為0.67-0.75 μ m的a -Fe2O3立方塊。
[0025]實施例6
I將1.010 g的九水合硝酸鐵、1.400 g的尿素加入到40 mL丙醇溶劑中，攪拌得到透明溶液；
2將上述溶液轉移到反應釜中，在220 °C下反應30 h ；
3產物經過離心分離和洗滌後，乾燥得到邊長為0.87-0.95 μ m的a -Fe2O3立方塊。
[0026]實施例7
I將1.010 g的九水合硝酸鐵、2.000 g的尿素加入到18 mL乙醇溶劑中，攪拌得到透明溶液；
2將上述溶液轉移到反應釜中，在200 °C下反應7 h ；
3產物經過離心分離和洗滌後，乾燥得到邊長為0.52-0.64 μ m的a -Fe2O3立方塊。
[0027]實施例8
I將0.676 g的六水合氯化鐵、2.100 g的尿素加入到25 mL乙醇溶劑中，攪拌得到透明溶液；
2將上述溶液轉移到反應釜中，在200 °C下反應16 h ；
3產物經過離心分離和洗滌後，乾燥得到邊長為0.40-0.48 μ m的a -Fe2O3立方塊，如圖5所示。
[0028]實施例9
I將1.010 g的九水合硝酸鐵、2.390 g的尿素加入到28 mL丙醇溶劑中，攪拌得到透明溶液；
2將上述溶液轉移到反應釜中，在180 °C下反應23 h ；
3產物經過離心分離和洗滌後，乾燥得到邊長為0.52-0.61 μ m的a -Fe2O3立方塊。
[0029]對比實施例1
I將0.676 g的六水合氯化鐵、0.900 g的尿素加入到25 mL乙醇溶劑中，攪拌得到透明溶液；
2將上述溶液轉移到反應釜中，在200 °C下反應16 h ；
3產物經過離心分離和洗滌後,乾燥得到直徑為2.2-2.8 μ m的中空微球結構，如圖6所示，其結構單元多為橢球形微粒。
[0030]對比實施例2
I將1.010 g的九水合硝酸鐵、3.050 g的尿素加入到20 mL丙醇溶劑中，攪拌得到透明溶液；
2將上述溶液轉移到反應釜中，在180 °C下反應4 h ；
3產物經過離心分離和洗滌後，乾燥得到產物，合成的樣品為不規則顆粒，無特殊形貌，粒徑分布範圍大。
[0031]上述實施例為本發明較佳的實施方式，但本發明的實施方式並不受實施例的限制，其它任何未背離本發明的精神實質與原理下所做的改變、修飾、組合、替代、簡化均應為等效替換方式，都包含在本發明的保護範圍之內。
【權利要求】
1.一種C1-Fe2O3立方塊的製備方法，其特徵在於，包括以下步驟: a.以鐵鹽為鐵源、尿素為氫氧根離子引發劑，將鐵源和尿素加入到醇中，通過攪拌使原料混合均勻，得到溶劑熱反應的前驅液；b.將上述前驅液移入反應釜中，加熱到180-220°C，保溫6-36 h進行溶劑熱反應； c.將上述反應後的產物冷卻後離心，所得的沉積相進行洗滌，洗滌後乾燥得到a -Fe2O3立方塊。
2.根據權利要求1所述的製備方法，其特徵在於:步驟a中鐵鹽與尿素摩爾比為1:.7-16，鐵鹽在醇中的濃度為0.06-0.15 mol/L。
3.根據權利要求1所述的製備方法，其特徵在於:步驟a中的鐵鹽為滷化鐵或硝酸鐵。
4.根據權利要求1所述的製備方法，其特徵在於:步驟a中的醇為乙醇或丙醇。
5.根據權利要求1所述的製備方法，其特徵在於:步驟c中C1-Fe2O3立方塊的邊長為.0.1-1.0 μ mD
【文檔編號】C01G49/06GK104229900SQ201410467136
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年9月15日 優先權日:2014年9月15日
【發明者】馬謙, 楊萍, 盧盼盼, 車全德, 王俊鵬 申請人:濟南大學