專利名稱：一種在鐵金屬表面形成微納結(jié)構(gòu)鎢酸鐵的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于金屬氧化物新型功能材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種在鐵金屬表面形成微納結(jié)構(gòu)鎢酸鐵的方法。
背景技術(shù)：
金屬鎢酸鹽由于其獨特的光、電以及磁性能，在環(huán)境催化凈化、發(fā)光材料、磁性材料、濕度傳感等領(lǐng)域等到廣泛應(yīng)用。鎢酸鐵因其獨特的化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)特征使得其在環(huán)境凈化、光學(xué)材料、磁性材料等方面有著不可估量的市場價值。作為功能材料，鎢酸鐵的微光結(jié)構(gòu)對其性能的影響往往多集中在粒子的微觀尺度、晶型結(jié)構(gòu)及其形貌。目前，為了實現(xiàn)這些微觀結(jié)構(gòu)的調(diào)變，過渡金屬鎢酸鹽的制備方法多集中水解沉淀法、水熱合成法、氣相沉積法、高溫?zé)岱纸夥?、微乳液法、溶膠一凝膠法等。
目前，專利對于鎢酸鐵的報道相對較少。CN102531062A公開了一種厚度均勻的鎢酸鐵超薄納米片的結(jié)構(gòu)控制制備，應(yīng)用微波輻射法，將鎢酸鈉溶液與硫酸亞鐵和EDTA溶液混合、攪拌、微波輻射反應(yīng)、潤洗、干燥，即可制備鎢酸鐵納米片材料。CN1693283公開了一種制備鎢酸鹽納米薄膜的方法，通過將金屬鹽和鎢源與有機溶劑混合，進(jìn)行破乳、離心、清洗及得鎢酸鹽原料，進(jìn)一步通過室溫攪拌、加入火棉攪拌即得鍍膜材料，通過浸潰提拉、干燥、焙燒、退火，可得鎢酸鹽納米薄膜。CN90102625公開了一種鋼結(jié)硬質(zhì)合金模具激光切割工藝，通過功率為O. 9 I. 4千瓦激光切割，氧壓為廣5大氣壓時，模具中出現(xiàn)了 2-3微米的FeWO4和Fe-W-C彌散硬質(zhì)相，這種鐵鎢彌散硬質(zhì)相提高了表面硬度及表層基體強度，提高模具的耐磨性及使用壽命。國內(nèi)外學(xué)者目前對鎢酸鐵的研究主要集中在溶劑熱合成、水熱合成、生物分子輔助合成(Y. X. Zhou, et al, Inorg. Chem. , 2009, 48 (3), 1082 - 1090; S. Rajagopal, et al, J.Alloys Compd.,2010,493, 340-345;J. Zhang, et al,CrystEngComm, 2011, 13, 5744-5750;J. Zhang, et al, J. Nanopart. Res. 2012, 14, 796)。上述各鶴酸鐵納米粒子的合成過程中，為了獲得一定的形貌結(jié)構(gòu)，多采取有機溶劑作為結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑，或是在較高的溫度和壓力下實施；此外，為了應(yīng)用方便，這些粉體材料一般需要進(jìn)一步進(jìn)行固載處理。這些有機模板的應(yīng)用、苛刻的合成條件以及固載化的處理，無疑不易于環(huán)境發(fā)展需要、加大了生產(chǎn)成本，故開發(fā)無有機模板合成以及原位生成固載技術(shù)具有很高的適用價值。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于實現(xiàn)一種棒狀和片狀微納結(jié)構(gòu)鎢酸鐵的制備，其特點在于在制備的過程中不引入任何模板劑，通過鐵片在水溶液中氧化生成的鐵離子與鎢酸鹽直接生成棒狀或片狀鶴Ife鐵微納結(jié)構(gòu)，通過調(diào)節(jié)pH值和反應(yīng)時間，實現(xiàn)鶴酸鐵微納結(jié)構(gòu)的調(diào)變。本發(fā)明不僅制備方法簡單、生成成本低、零毒害排放，而且在鐵基片表面直接形成的鎢酸鐵粒子無需進(jìn)一步固載。本發(fā)明提供一種棒狀和片狀微納結(jié)構(gòu)鶴Ife鐵的制備，以鶴Ife納為鶴源，以20#鐵片為基片，同時將基片和鎢酸鈉溶液直接放入反應(yīng)器中，并添加NaOH調(diào)節(jié)反應(yīng)體系的pH，再密封反應(yīng)器后放入水浴鍋中，調(diào)節(jié)水浴溫度和合成時間，鐵基片通過與水中的氧在水浴條件下反應(yīng)生成鐵離子，與WO/—反應(yīng)，可獲得微納結(jié)構(gòu)鎢酸鐵。本發(fā)明具體步驟如下I)將鎢酸鈉溶解到蒸餾水中，稀釋配置成2(T500mg/L的鎢酸鈉溶液；2)將鎢酸鈉溶液加入反應(yīng)器中，再加入鐵片，使鎢酸鈉溶液體積與鐵片表面積之比為:5 100mL/cm2 ；3)在反應(yīng)器中再加入NaOH溶液，調(diào)節(jié)反應(yīng)體系的pH=6. 8 7. O或pH=8. 4 8. 6 ；4)密封反應(yīng)器，將反應(yīng)器置于水浴鍋中，調(diào)節(jié)水浴溫度致3(T8(TC，放置12 72h ；隨后取出鐵片，將反應(yīng)得到的鐵片用蒸餾水潤洗干凈后后室溫下干燥，即可在鐵片表面獲得一層尺度均一的微納結(jié)構(gòu)鎢酸鐵。 步驟2)中鎢酸鈉體積與鐵片表面積之比優(yōu)選為18mL/cm2。步驟2)中鐵片為20#鐵片步驟2)中鐵片加入反應(yīng)器前先經(jīng)無水乙醇清洗，其目的是清除鐵片表面的雜質(zhì)和油污，以免影響反應(yīng)。步驟3)中對NaOH溶液的濃度沒有特別的要求，將反應(yīng)體系的pH調(diào)節(jié)至6. 8-12即可，其濃度優(yōu)選為O. ΟΓΟ. lmol/L，更優(yōu)選為0. 05mol/L。步驟3)中調(diào)節(jié)反應(yīng)體系的pH=6. 8^7. 0，可在鐵片表面形成片狀微納結(jié)構(gòu)的鎢酸鐵。步驟3)中反應(yīng)體系的pH=8. 4 8. 6，可在鐵片表面制備棒狀微納結(jié)構(gòu)的鶴酸鐵。步驟4)為了獲得尺寸均勻的結(jié)構(gòu)，將水浴溫度優(yōu)選為4(T60°C ;靜置時間優(yōu)選為48 飛 Oh。步驟4)中用蒸餾水潤洗的目的是為了除去表面可能的雜質(zhì)，通常的潤洗次數(shù)為5飛次，室溫干燥的時間為24h。采用本發(fā)明在鐵片表面形成的鎢酸鐵形貌規(guī)整、尺度均一，直接生長在鐵基片的表面，所制棒狀結(jié)構(gòu)的鎢酸鐵長度約為3-5 μ m，直徑約為80-200nm ;所制片狀鎢酸鐵微納結(jié)構(gòu)材料的直徑約為2 μ μ m，厚度約為20nm。本發(fā)明的優(yōu)點在于(I)不引入任何有機模板劑，無污染、零排放；(2)制備工藝簡單，合成條件十分溫和，生產(chǎn)成本低，容易操作；(3)微納結(jié)構(gòu)鎢酸鐵可以在鐵的基片表面原位生成并固載，無需引入二次固載操作處理，可直接作為功能材料進(jìn)行應(yīng)用。適用于環(huán)境催化凈化材料、光催化、發(fā)光材料、磁性材料等。


圖I為棒狀微納結(jié)構(gòu)鎢酸鐵SEM圖；圖2為棒狀結(jié)構(gòu)鎢酸鐵表面組成的EDS圖；圖3為片狀微納結(jié)構(gòu)鎢酸鐵SEM圖。
具體實施方式
實施例I將鎢酸鈉溶解到蒸餾水中，稀釋配置成50mg/L，移取50ml所配鎢酸鈉溶液致一IOOmL的燒杯中；將一經(jīng)無水乙醇清洗的表面積為2. 8cm2的20#鐵片隨后放入燒杯中；再向燒杯中滴加一定量O. 05mol/L的NaOH，調(diào)節(jié)pH=8. 6 ;隨后將燒杯用表面皿覆蓋，放入水浴鍋中，調(diào)節(jié)水浴溫度致50°C，放置60h，隨后取出室溫下晾干。在鐵片表面即得到一層致密的，尺度均一的微納棒狀結(jié)構(gòu)的鎢酸鐵。由圖I可知，所制備的鎢酸鐵粒子的長度約為3-5 μ m,直徑約為80-200nm ;圖2為其化學(xué)組成的EDS分析。實施例2采用與實施例I中相同的50mg/L鎢酸鈉溶液，表面積為2. 8cm2的20#鐵片，以及相同的PH，改變水浴加熱溫度致60°C，反應(yīng)時間等其他反應(yīng)條件與實施例I相同?？梢栽阼F基片表面獲得長度約為3-4 μ m，直徑約為60-150nm的棒狀鎢酸鐵微納結(jié)構(gòu)。實施例3 采用與實施例I中相似的實驗條件，改變鎢酸鈉濃度為20mg/L，水浴加熱溫度致80°C，放置72h，其他反應(yīng)條件與實施例I相同?？梢栽阼F基片表面獲得長度約為3-3. 5 μ m,直徑約為60-180nm的棒狀鎢酸鐵微納結(jié)構(gòu)。實施例4采用與實施例I中相似的實驗條件，改變鎢酸鈉濃度為500mg/L，水浴加熱溫度致30°C，放置12h，其他反應(yīng)條件與實施例I相同。可以在鐵基片表面獲得長度約為3. 5-4. 5 μ m，直徑約為60-130nm的棒狀鎢酸鐵微納結(jié)構(gòu)。實施例5采用與實施例I中相同的50mg/L鎢酸鈉溶液，表面積為2. 8cm2的20#鐵片，改變pH=6. 8，水浴加熱溫度、反應(yīng)時間等其他反應(yīng)條件與實施例I相同。由圖3可知，可以在鐵基片表面獲得直徑約為2 μ m，厚度約為20nm的片狀鎢酸鐵微納結(jié)構(gòu)。實施例6采用與實施例5中相似的實驗條件，改變鎢酸鈉濃度為20mg/L，水浴加熱溫度致80°C，放置72h，其他反應(yīng)條件與實施例5相同?？梢栽阼F基片表面獲得直徑約為2. 2μπι，厚度約為25nm的片狀鎢酸鐵微納結(jié)構(gòu)。實施例7采用與實施例5中相似的實驗條件，改變鎢酸鈉濃度為500mg/L，水浴加熱溫度致30°C，放置12h，其他反應(yīng)條件與實施例5相同?？梢栽阼F基片表面獲得直徑約為I. 8μπι，厚度約為16nm的片狀鎢酸鐵微納結(jié)構(gòu)。
權(quán)利要求
1.一種在鐵金屬表面形成微納結(jié)構(gòu)鎢酸鐵的方法，其特征在于包括如下步驟 1)將鎢酸鈉溶解到蒸餾水中，稀釋配置成2(T500mg/L的鎢酸鈉溶液； 2)將鎢酸鈉溶液加入反應(yīng)器中，再加入鐵片，使鎢酸鈉溶液體積與鐵片表面積之比為 IOOmL/cm2 ； 3)在反應(yīng)器中再加入NaOH溶液，調(diào)節(jié)反應(yīng)體系的pH=6.8 7. O或pH=8. 4 8. 6 ； 4)密封反應(yīng)器，將反應(yīng)器置于水浴鍋中，調(diào)節(jié)水浴溫度致3(T80°C，放置12 72h，隨后取出鐵片，將反應(yīng)得到的鐵片用蒸餾水潤洗干凈后后室溫下干燥，即可在鐵片表面獲得一層尺度均一的微納結(jié)構(gòu)鎢酸鐵。
2.如權(quán)利要求I所述在鐵金屬表面形成微納結(jié)構(gòu)鎢酸鐵的方法，其特征在于步驟2)中鎢酸鈉溶液體積與鐵片表面積之比為18mL/cm2。
3.如權(quán)利要求I所述在鐵金屬表面形成微納結(jié)構(gòu)鎢酸鐵的方法，其特征在于步驟2)中鐵片為20#鐵片。
4.如權(quán)利要求I所述在鐵金屬表面形成微納結(jié)構(gòu)鎢酸鐵的方法，其特征在于步驟2)中鐵片加入反應(yīng)器前先經(jīng)無水乙醇清洗。
5.如權(quán)利要求I所述的微納結(jié)構(gòu)鎢酸鐵的制備方法，其特征在于步驟4)中水浴溫度為40~60°C ;靜置時間為48 60h。
6.如權(quán)利要求I所述的微納結(jié)構(gòu)鎢酸鐵的制備方法，其特征在于步驟4)中用蒸餾水潤洗的次數(shù)為5~6次,室溫干燥的時間為24h。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種在鐵金屬表面形成微納結(jié)構(gòu)鎢酸鐵的方法，包括如下步驟1)將鎢酸鈉溶解到蒸餾水中，稀釋配置成20~500mg/L的鎢酸鈉溶液；2)將鎢酸鈉溶液加入反應(yīng)器中，再加入鐵片，使鎢酸鈉溶液體積與鐵片表面積之比為5~100mL/cm2；3)在反應(yīng)器中再加入NaOH溶液，調(diào)節(jié)反應(yīng)體系的pH=6.8~7.0或pH=8.4~8.6；4)密封反應(yīng)器，將反應(yīng)器置于水浴鍋中，調(diào)節(jié)水浴溫度致30~80℃，放置12~72h，隨后取出鐵片，將反應(yīng)得到的鐵片用蒸餾水潤洗干凈后室溫下干燥，即可在鐵片表面獲得一層尺度均一的微納結(jié)構(gòu)鎢酸鐵。采用本發(fā)明在鐵片表面形成的形貌規(guī)整的棒狀鎢酸鐵微納結(jié)構(gòu)材料的長度約為3-5μm，直徑約為80-200nm；所形成的片狀鎢酸鐵微納結(jié)構(gòu)材料的直徑約為2μm，厚度約為20nm。
文檔編號C30B29/32GK102828175SQ201210347510
公開日2012年12月19日 申請日期2012年9月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月19日
發(fā)明者楊仁春, 唐定興, 薛繪, 張晶晶 申請人:安徽工程大學(xué)