一種氧化鐵納米球的制備方法及其產(chǎn)物的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種氧化鐵納米球的制備方法，包括如下步驟：1)將九水合硝酸鐵、四甲基氫氧化銨與去離子水混合得到前驅(qū)體溶液；所述的前驅(qū)體溶液中九水合硝酸鐵的濃度為0.25～0.3mol/L，四甲基氫氧化銨的濃度為0.25～1mol/L；2)將步驟1)得到的前驅(qū)體溶液在180～220℃下水熱反應(yīng)8～10h，過(guò)濾，清洗，烘干，得到氧化鐵納米球。該制備方法使用水熱法相對(duì)簡(jiǎn)單、低消耗，且所得的氧化鐵納米球的納米顆粒尺寸和形貌均一。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
一種氧化鐵納米球的制備方法及其產(chǎn)物
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及氧化鐵的制備領(lǐng)域，具體涉及一種氧化鐵納米球的制備方法及其產(chǎn)物。
【背景技術(shù)】
[0002]目前我們都共同面臨著能源危機(jī)這一全球性的問(wèn)題，開(kāi)發(fā)和利用太陽(yáng)能是公認(rèn)的解決能源短缺問(wèn)題的有效手段。而太陽(yáng)能利用最大的障礙就是我們所搜集的太陽(yáng)能難以有效的保存下來(lái)?，F(xiàn)在通常的做法是通過(guò)太陽(yáng)能光伏電池將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能儲(chǔ)存，但是這樣需要大規(guī)模建立蓄電站，增加了我們利用太陽(yáng)能的成本，因此我們希望能通過(guò)光解水的過(guò)程將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能。
[0003 ]納米材料和納米結(jié)構(gòu)式當(dāng)今新材料研究領(lǐng)域中最富有活力、對(duì)未來(lái)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展有著十分重要影響的研究對(duì)象，也是納米技術(shù)中最為活躍、最接近應(yīng)用的重要組成部分。Ct-Fe2O3材料在光解水過(guò)程中有廣泛應(yīng)用，由于其較窄的能帶結(jié)構(gòu)，因此它能吸收更多的光能，提高太陽(yáng)能利用的效率。目前Q-Fe2O3的制備方法主要有水解Fe(III)鹽溶液、水解Fe(III)凝膠溶液等等。中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利(公開(kāi)號(hào)CN 101182041 A)公開(kāi)一種球形納米氧化鐵的制備方法，在常溫常壓下，將環(huán)糊精溶液和溶液充分混合，攪拌I?5h后過(guò)濾、冷凍干燥;然后將所得的產(chǎn)物干燥、高溫煅燒，即得球形的納米氧化鐵粒子，但是該方法需要高溫煅燒，能耗過(guò)大，方法復(fù)雜。
[0004]雖然上面提到的這些方法都有各自的優(yōu)點(diǎn)，但是這些反應(yīng)過(guò)程或是反應(yīng)所需要的時(shí)間都比較長(zhǎng)，或是準(zhǔn)備工作很復(fù)雜，或是需要使用特殊的設(shè)備。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種氧化鐵納米球的制備方法及其產(chǎn)物，該制備方法使用水熱法相對(duì)簡(jiǎn)單、低消耗，且所得的氧化鐵納米球的納米顆粒尺寸和形貌均一。
[0006]本發(fā)明所提供的技術(shù)方案為:一種氧化鐵納米球的制備方法，包括如下步驟:
[0007]I)將九水合硝酸鐵、四甲基氫氧化銨與去離子水混合得到前驅(qū)體溶液;所述的前驅(qū)體溶液中九水合硝酸鐵的濃度為0.25?0.3mol/L，四甲基氫氧化錢(qián)的濃度為0.25?lmol/L；
[0008]2)將步驟I)得到的前驅(qū)體溶液在180?220 °C下水熱反應(yīng)8?1h，過(guò)濾，清洗，烘干，得到氧化鐵納米球。
[0009]上述技術(shù)方案中，四甲基氫氧化銨不僅僅在反應(yīng)中提供氫氧根離子，四甲基氫氧化銨中的季銨陽(yáng)離子能夠?qū)ρ趸F納米球的生長(zhǎng)進(jìn)行形貌和尺寸的調(diào)控，最終得到的氧化鐵納米球的直徑為65?75nm。
[0010]此外，四甲基氫氧化銨不會(huì)在反應(yīng)體系中引入金屬離子，因?yàn)榉磻?yīng)體系中的金屬離子會(huì)不可避免的殘留一部分在產(chǎn)物中，即使經(jīng)過(guò)多次清洗。四甲基氫氧化銨能創(chuàng)造出一個(gè)無(wú)雜質(zhì)金屬離子的反應(yīng)環(huán)境，而季銨陽(yáng)離子可以通過(guò)簡(jiǎn)單的熱處理去除，不會(huì)在產(chǎn)物中留下雜質(zhì)陽(yáng)離子。因此，選擇四甲基氫氧化銨可以制備出完全不含雜質(zhì)金屬陽(yáng)離子的產(chǎn)物。
[0011]所述的水熱反應(yīng)以聚四氟乙烯內(nèi)膽，不銹鋼套件密閉的反應(yīng)釜中進(jìn)行。作為優(yōu)選，所述的水熱反應(yīng)在反應(yīng)釜中進(jìn)行，反應(yīng)釜的填充度為70?80%。為保證反應(yīng)釜的填充度為70?80%，可向步驟I)的前驅(qū)體溶液中加入去離子水，調(diào)節(jié)至所需體積。
[0012]所述的步驟2)中，將反應(yīng)釜置于空氣中自然冷卻到室溫，取出產(chǎn)物，過(guò)濾，依次用去離子水和乙醇清洗，60 °C烘干。
[0013]所述的步驟I)中采用的九水合硝酸鐵和四甲基氫氧化銨的純度均不低于分析純。
[0014]作為優(yōu)選，所述的步驟2)中水熱反應(yīng)時(shí)間在9?1h，水熱溫度在180?200 °C。
[0015]作為優(yōu)選，所述的步驟I)中九水合硝酸鐵的濃度為0.25?0.26mol/L，四甲基氫氧化銨的濃度為0.25?0.26mol/L ；所述的步驟2)中水熱反應(yīng)時(shí)間在9.5?1h，水熱溫度在180?190。。。
[0016]本發(fā)明還提供一種上述的制備方法制得的氧化鐵納米球。
[0017]所述的氧化鐵納米球的直徑為65?75nm。
[0018]同現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在:
[0019](I)本發(fā)明通過(guò)對(duì)原料的用量及水熱反應(yīng)條件的精確調(diào)控，制備工藝過(guò)程簡(jiǎn)單，易于控制，制備得到直徑為65?75nm的氧化鐵納米球，結(jié)晶度高、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定且比表面積較大，對(duì)有毒有機(jī)污染物的降解效果明顯，在環(huán)境治理方面有著廣闊的應(yīng)用前景。
[0020](2)本發(fā)明原料中使用四甲基氫氧化銨，不僅能夠調(diào)控氧化鐵納米球的尺寸和形貌，而且制備過(guò)程中不會(huì)引入雜質(zhì)金屬離子。
【附圖說(shuō)明】
[0021 ]圖1為實(shí)施例1制備的氧化鐵納米球的X射線(xiàn)衍射(XRD)圖譜；
[0022 ]圖2為實(shí)施例1制備的氧化鐵納米球在59.49KX倍數(shù)下的掃描電子顯微鏡(SEM)照片;
[0023]圖3為實(shí)施例1制備的氧化鐵納米球在151.66KX倍數(shù)下的掃描電子顯微鏡(SEM)照片;
[0024]圖4為對(duì)比例I制備的產(chǎn)物的X射線(xiàn)衍射(XRD)圖譜；
[0025]圖5為對(duì)比例I制備的產(chǎn)物在50K倍數(shù)下的掃描電子顯微鏡(SEM)照片。
【具體實(shí)施方式】
[0026]以下結(jié)合實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明。
[0027]實(shí)施例1
[0028]I)稱(chēng)取1mmol的九水硝酸鐵，將其溶解于35ml的去離子水中，攪拌至橙色澄清溶液；
[0029]2)稱(chēng)取1mmol四甲基氫氧化銨，將其加入步驟I)制得的溶液中，充分?jǐn)嚢璧玫郊t褐色懸濁液；
[0030]3)將步驟2)所制備的懸濁液加入到反應(yīng)釜內(nèi)膽中。用去離子水調(diào)節(jié)其體積占反應(yīng)釜內(nèi)膽容積的4/5，得到反應(yīng)前驅(qū)體懸浮液。此時(shí)，F(xiàn)e/TMAH摩爾比為1:1，F(xiàn)e3+的摩爾濃度為0.25mol/L。
[0031 ] 4)將裝有反應(yīng)物料體的反應(yīng)釜內(nèi)膽密閉于反應(yīng)釜中，在180°C下保溫10小時(shí)進(jìn)行水熱處理。然后將反應(yīng)釜置于空氣中自然冷卻到室溫，取出反應(yīng)物，過(guò)濾，依次用去離子水和乙醇清洗，60 0C烘干，得到氧化鐵納米球。
[0032]將得到氧化鐵納米球進(jìn)行XRD表征，如圖1所示，可知產(chǎn)物為純的氧化鐵納米球，未出現(xiàn)雜質(zhì)。
[0033]將得到氧化鐵納米球進(jìn)行SEM分析，結(jié)果如圖2和圖3，可知氧化鐵納米球的長(zhǎng)度直徑為65?75nm，形貌與尺寸均一。
[0034]實(shí)施例2
[0035]I)稱(chēng)取1mmol的九水硝酸鐵，將其溶解于35ml的去離子水中，攪拌至橙色澄清溶液；
[0036]2)稱(chēng)取1mmol四甲基氫氧化銨，將其加入步驟I)制得的溶液中，充分?jǐn)嚢璧玫郊t褐色懸濁液；
[0037]3)將步驟2)所制備的懸濁液加入到反應(yīng)釜內(nèi)膽中。用去離子水調(diào)節(jié)其體積占反應(yīng)釜內(nèi)膽容積的4/5，得到反應(yīng)前驅(qū)體懸浮液。此時(shí)，F(xiàn)e/TMAH摩爾比為1:1，F(xiàn)e3+的摩爾濃度為
0.25mol/L。
[0038]4)將裝有反應(yīng)物料體的反應(yīng)釜內(nèi)膽密閉于反應(yīng)釜中，在200°C下保溫10小時(shí)進(jìn)行水熱處理。然后將反應(yīng)釜置于空氣中自然冷卻到室溫，取出反應(yīng)物，過(guò)濾，依次用去離子水和乙醇清洗，60 0C烘干，得到氧化鐵納米球。
[0039]實(shí)施例3
[0040]I)稱(chēng)取1mmol的九水硝酸鐵，將其溶解于35ml的去離子水中，攪拌至橙色澄清溶液；
[0041]2)稱(chēng)取40mmol四甲基氫氧化銨，將其加入步驟I)制得的溶液中，充分?jǐn)嚢璧玫郊t褐色懸濁液。
[0042]3)將步驟2)所制備的懸濁液加入到反應(yīng)釜內(nèi)膽中。用去離子水調(diào)節(jié)其體積占反應(yīng)釜內(nèi)膽容積的4/5，得到反應(yīng)前驅(qū)體懸浮液。此時(shí)，F(xiàn)e/TMAH摩爾比為1:4，F(xiàn)e3+的摩爾濃度為
0.25mol/L。
[0043]4)將裝有反應(yīng)物料體的反應(yīng)釜內(nèi)膽密閉于反應(yīng)釜中，在200°C下保溫8小時(shí)進(jìn)行水熱處理。然后將反應(yīng)釜置于空氣中自然冷卻到室溫，取出反應(yīng)物，過(guò)濾，依次用去離子水和乙醇清洗，60 0C烘干，得到氧化鐵納米球。
[0044]對(duì)比例I
[0045]I)稱(chēng)取1mmol的九水硝酸鐵，將其溶解于35ml的去離子水中，攪拌至橙色澄清溶液；
[0046]2)稱(chēng)取1mmol四甲基氫氧化銨，將其加入步驟I)制得的溶液中，充分?jǐn)嚢璧玫郊t褐色懸濁液；
[0047]3)將步驟2)所制備的懸濁液加入到反應(yīng)釜內(nèi)膽中。用去離子水調(diào)節(jié)其體積占反應(yīng)釜內(nèi)膽容積的4/5，得到反應(yīng)前驅(qū)體懸浮液。此時(shí)，F(xiàn)e/TMAH摩爾比為1:1，F(xiàn)e3+的摩爾濃度為
0.25mol/L。
[0048]4)將裝有反應(yīng)物料體的反應(yīng)釜內(nèi)膽密閉于反應(yīng)釜中，在140°C下保溫6小時(shí)進(jìn)行水熱處理。然后將反應(yīng)釜置于空氣中自然冷卻到室溫，取出反應(yīng)物，過(guò)濾，依次用去離子水和乙醇清洗，60 0C烘干得到產(chǎn)物。
[0049]產(chǎn)物的XRD和SEM圖分別為圖4和圖5，由于水熱溫度不夠，時(shí)間不足，不能得到純氧化鐵納米球。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種氧化鐵納米球的制備方法，其特征在于，包括如下步驟: 1)將九水合硝酸鐵、四甲基氫氧化銨與去離子水混合得到前驅(qū)體溶液;所述的前驅(qū)體溶液中九水合硝酸鐵的濃度為0.25?0.311101/1，四甲基氫氧化錢(qián)的濃度為0.25?11]101/1; 2)將步驟I)得到的前驅(qū)體溶液在180?220°C下水熱反應(yīng)8?10h，過(guò)濾，清洗，烘干，得到氧化鐵納米球。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化鐵納米球的制備方法，其特征在于，所述的水熱反應(yīng)在反應(yīng)釜中進(jìn)行，反應(yīng)釜的填充度為70?80%。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化鐵納米球的制備方法，其特征在于，所述的步驟2)中水熱反應(yīng)時(shí)間在9?I Oh，水熱溫度在180?200 0C。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化鐵納米球的制備方法，其特征在于，所述的步驟I)中九水合硝酸鐵的濃度為0.25?0.26mol/L，四甲基氫氧化銨的濃度為0.25?0.26mol/L;所述的步驟2)中水熱反應(yīng)時(shí)間在9.5?I Oh，水熱溫度在180?190 °C。5.一種如權(quán)利要求1?4任一所述的制備方法制得的氧化鐵納米球。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的氧化鐵納米球，其特征在于，所述的氧化鐵納米球的直徑為65?75nm0
【文檔編號(hào)】C01G49/06GK105883932SQ201610383860
【公開(kāi)日】2016年8月24日
【申請(qǐng)日】2016年6月1日
【發(fā)明人】徐剛, 孫小磊, 楊永榮, 沈鴿, 韓高榮
【申請(qǐng)人】浙江大學(xué)