一種由納米CoFe₂O₄構成的三維微納材料及製備方法

2023-11-09 19:30:57 1

專利名稱：一種由納米CoFe2O4構成的三維微納材料及製備方法
技術領域：
本發明屬於磁性金屬氧化物微/納米結構材料製備領域，涉及一種由納米Cc^e2O4 構成的三維微納材料及製備方法，具體地是一種磁性鐵酸鈷自組裝雙六角形花朵啞鈴式對聯的微/納米結構材料及製備方法。
背景技術：
AB2O4型鐵基尖晶石作為立方晶系的代表之一是一類以Fe(III)氧化物為主要成分的複合氧化物，其中二價陽離子A填充於1/8的四面體空隙中.三價鐵離子填充於1/2 的八面體空隙，八面體間共稜相連，而八面體與四面體之間共頂相連。這種獨特的結構成就了鐵氧體諸多優越的性質。研究表明，Coi^e2O4具有高的飽和磁化強度和磁晶各向異性，優良的機械耐磨性和化學穩定性，並且在400-500nm短波範圍內具有良好的磁光克爾效應，因而被認為是一種非常有潛力的高密度磁光信息存儲介質。它具有高磁導率，因而可以廣泛用於磁測量和磁傳感；同金屬相比，CoFe2O4具有高電阻率，因而磁損耗小，可應用於高頻，脈衝，微波及光頻波段。它還具有較好的氣敏性能，關於其氣敏性的研究也有報導。而且在CO2分解成碳、費託合成以及烴類如丁烯的氧化脫氫等反應中表現出良好的催化性能。作為催化劑已實際應用於合成氨、F2T合成及乙苯、丁烯等的氧化脫氫反應中，同時也可以作為吸波材料用於軍事上的隱身技術。近年來，納米材料因具有獨特的表面效應和小尺寸效應，在信息磁存儲、醫藥、傳感器、催化、環境保護等領域有著廣泛地應用。目前Coi^e2O4的納米材料，主要是低維納米結構的納米顆粒，它有多種製備方法，如水熱法、溶膠凝膠法、化學共沉澱法、空氣氧化溼法、 微乳液法、噴霧熱解法和液相相轉化法以及模板法等。這些方法在製備時通常需要複雜的反應步驟和多種反應試劑，在前驅物灼燒得到最終產物時需要很高的溫度，而且，產物通常存在粒度分布不均勻及團聚問題。與低維納米材料相比，鮮有關於Cc^e2O4三維高級微納材料的報導。如何將低維納米結構單元組裝成三維(3D)高級微納結構，尤其是對於複合型金屬氧化物，目前存在著很大的挑戰。

發明內容
本發明的目的在於提供一種由納米Coi^e2O4構成的三維微納材料。本發明的又一目的在於提供製備上述三維微納材料的方法。為實現上述目的，本發明提供的由納米Coi^e2O4構成的三維微納材料，為雙六角形花朵啞鈴式對聯的結構，通過以下方法得到1)將三價鐵鹽和二價鈷鹽加入多元醇中，攪拌成為透明液體，加熱反應後冷卻至室溫，收集沉澱物；2)所述沉澱物用乙醇離心洗滌，乾燥後得到黃綠色的鐵酸鈷前驅物；3)將上述前驅物灼燒，得到雙六角形花朵啞鈴式對聯結構的Cc^e2O4微納結構。
本發明提供的製備上述由納米Cc^e2O4構成的三維微納材料的方法，具體步驟為1)將三價鐵鹽和二價鈷鹽加入多元醇中，攪拌成為透明液體，再加熱至 200-230°C反應後，冷卻至室溫，得到黃綠色沉澱物，收集沉澱物；所述的三價鐵鹽和二價鈷鹽在多元醇中的總摩爾濃度之和為25_35mM ；所述的三價鐵鹽和二價鈷鹽的摩爾比為1.8-2.3 12)所述沉澱物用乙醇洗滌、乾燥，得到黃綠色的鐵酸鈷前驅物；3)將上述前驅物置於管式爐中，通入空氣，從室溫升至350°C灼燒2-3小時，通氣速率為50 60ml/min，升溫速率為20_30°C /min，最後得到雙六角形花朵啞鈴式對聯結構的Coi^e2O4微納結構。所述的製備方法中，步驟1中的攪拌是用電磁攪拌器。所述的製備方法中，步驟1中的多元醇為乙二醇、丙三醇等。所述的製備方法中，步驟1中的加熱反應時間為50-70分鐘。所述的製備方法中，步驟2中的乾燥是在60_80°C下乾燥6-8小時。所述的製備方法中，三價鐵鹽和二價鈷鹽為鐵的強酸鹽和鈷的強酸鹽，如硝酸鐵和硝酸鈷等。本發明具有以下優點1、工藝簡單易行。只需將反應物按照比例稱量好，總濃度控制在25_35mM範圍內加入反應溶劑中，保持攪拌，在油浴中反應60分鐘即可，技術難度較低，容易掌握。2、所得材料為雙六角形花朵 鈴式對聯的規則形貌，顆粒分布範圍窄，具有單分散性，產物物相單一，反應重現性好。3、合成的材料同時具有微米結構和納米結構的特徵和優勢。


圖1是實施例1中製備得到的Cc^e2O4前驅物的大範圍掃描電子顯微(SEM)照片。圖2是實施例1中製備得到的Cc^e2O4前驅物的高分辨掃描電子顯微(SEM)照片。圖3是實施例1中製備得到的Cc^e2O4側面的透射電子顯微(TEM)照片。圖4是實施例1中製備得到的Cc^e2O4正面的透射電子顯微(TEM)照片。
圖5是實施例1中製備得到的Cc^e2O4的X射線衍射(XRD)圖。圖6是實施例1中製備得到的Cc^e2O4的磁滯回線。
具體實施例方式本發明提供的磁性鐵酸鈷自組裝雙六角形花朵啞鈴式對聯的微/納米結構材料的多元醇液相合成方法。採用該方法獲得的 鈴式對聯的雙六角形花朵結構單位處在微米級，由許多15nm左右納米粒子沿著一定的方向組裝而成。本發明提供的製備工藝簡單易行、成本低廉，合成的材料同時具有微米結構和納米結構的特徵和優勢，製備出的材料形貌規則，顆粒分布範圍窄，具有單分散性，產物物相單一。本發明可通過如下技術方案來實現1、前驅物的製備
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將總濃度為25_35mM摩爾比為2 1的三價鐵鹽和二價鈷鹽加入乙二醇中，電磁攪拌成為透明液體，油浴加熱至200-230°C，反應50-70分鐘後，冷卻至室溫，收集沉澱物。 沉澱物用乙醇離心洗滌四次，60-80°C下乾燥6-8小時，得到鐵酸鈷前驅物。2、目的產物前驅物在通空氣50 60ml/min的管式爐中，在20_30°C /min的升溫速率下，從室溫升溫到350°C下灼燒2-3小時，得到目標產物。實施例1(1)前驅物的製備將總濃度為30mM的鐵和鈷的硝酸鹽以2 1的摩爾比加入ISOmL乙二醇中，電磁攪拌，油浴加熱至230°C，60分鐘後停止反應。冷卻至室溫，將沉澱用無水乙醇離心洗滌4 次，於乾燥箱中80°C下6小時乾燥，即得到前驅物，該Cc^e2O4前驅物的大範圍SEM照片如圖1所示，其高分辨SEM照片如圖2所示。⑵Coi^e2O4 的製備管式爐中通空氣60ml/min，在30°C /min的升溫速率下，從室溫升溫到350°C下灼燒前驅物2小時，即得到單分散的目的產物Coi^e2O4，該Coi^e2O4的側面和正面的TEM照片如圖3和圖4所示。本實施例製備的Coi^e2O4的XRD圖如圖5所示。將Coi^e2O4採用公知振動樣品磁強計對其磁性進行了測試，其磁滯回線如圖6所不。實施例2(1)前驅物的製備將總濃度為30mM的三氯化鐵和二氯化鈷以2 1的摩爾比加入180mL乙二醇中， 電磁攪拌，油浴加熱至230°C，60分鐘後停止反應。冷卻至室溫，將沉澱用無水乙醇離心洗滌4次，於乾燥箱中80°C下6小時乾燥，即得到前驅物。O) CoFii2O4 的製備管式爐中通空氣60ml/min，在30°C /min的升溫速率下，從室溫升溫到350°C下灼燒前驅物2小時，即得到單分散的目的產物Coi^204。
權利要求
1.一種由納米Cc^e2O4構成的三維微納材料，為雙六角形花朵啞鈴式對聯的結構，通過以下方法得到1)將三價鐵鹽和二價鈷鹽加入多元醇中，攪拌成為透明液體，加熱反應後冷卻至室溫， 收集沉澱物；2)所述沉澱物用乙醇離心洗滌，乾燥後得到黃綠色的鐵酸鈷前驅物；3)將上述前驅物灼燒，得到雙六角形花朵啞鈴式對聯結構的Cc^e2O4微納結構。
2.一種製備如權利要求1所述的由納米Cc^e2O4構成的三維微納材料的製備方法，具體步驟為1)將三價鐵鹽和二價鈷鹽加入多元醇中，攪拌成為透明液體，再加熱至200-230°C反應後，冷卻至室溫，收集沉澱物；所述的三價鐵鹽和二價鈷鹽在多元醇中的總摩爾濃度之和為25-35mM ； 所述的三價鐵鹽和二價鈷鹽的摩爾比為1.8-2.3 12)所述沉澱物用乙醇洗滌、乾燥，得到鐵酸鈷前驅物；3)將上述前驅物置於管式爐中，通入空氣，從室溫升至350°C灼燒2-3小時，通氣速率為50 60ml/min，升溫速率為20_30°C /min，最後得到雙六角形花朵啞鈴式對聯結構的 Coi^e2O4微納結構。
3.根據權利要求2所述的製備方法，其中，步驟1中的攪拌是用電磁攪拌器。
4.根據權利要求2所述的製備方法，其中，步驟1中的多元醇為乙二醇或丙三醇。
5.根據權利要求2所述的製備方法，其中，步驟1中的加熱反應時間為50-70分鐘。
6.根據權利要求2所述的製備方法，其中，步驟2中的乾燥是在60-80°C下乾燥6-8小時。
7.根據權利要求2所述的製備方法，其中，所述的三價鐵鹽和二價鈷鹽為鐵的強酸鹽和鈷的強酸鹽。
8.根據權利要求7所述的製備方法，其中，所述鐵的強酸鹽和鈷的強酸鹽為硝酸鐵和硝酸鈷。
全文摘要
一種由納米CoFe2O4構成的三維微納材料，為雙六角形花朵啞鈴式對聯的結構，通過以下方法得到1)將三價鐵鹽和二價鈷鹽加入多元醇中，攪拌成為透明液體，加熱反應後冷卻至室溫，收集沉澱物；2)所述沉澱物用乙醇離心洗滌，乾燥後得到黃綠色的鐵酸鈷前驅物；3)將上述前驅物灼燒，得到雙六角形花朵啞鈴式對聯結構的CoFe2O4微納結構。本發明工藝簡單易行，所得材料顆粒分布範圍窄，具有單分散性，產物物相單一，反應重現性好。合成的材料同時具有微米結構和納米結構的特徵和優勢。
文檔編號B82B3/00GK102190483SQ20101011736
公開日2011年9月21日 申請日期2010年3月1日 優先權日2010年3月1日
發明者劉文彬, 蘇貴金, 賈漫珂, 鄭明輝 申請人:中國科學院生態環境研究中心