專利名稱：一種鐵二十面體納米顆粒的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于納米材料制備技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種鐵二十面體納米顆粒的制備方法。
背景技術(shù)：
鐵是世界上最豐富的金屬元素之一，跟人類的生活和生產(chǎn)息息相關(guān)。鐵納米顆粒在磁性和催化等領(lǐng)域的潛在應(yīng)用，尤其是鐵納米顆粒作為超順磁材料在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用逐漸得到研究者的重視。在鐵納米顆粒制備過程中，控制鐵納米顆粒的尺寸和形貌是重要的挑戰(zhàn)。研究者開發(fā)了熱分解法、化學(xué)還原法和氣相法等制備
鐵納米顆粒，但這些方法制備的顆粒多為球形，形貌單一。目前，只有Chaudret等(Science, 2004， 303:821-823)用改進(jìn)的熱分解法制備丫立方體的鐵納米顆粒，F(xiàn)ukano (J Appl Phys， 1974, 13:1001-1002)和Uyeda (J Cryst Growth, 1974,24/25:69-75)用氣相法制備了十面體和三角片形貌的鐵納米顆粒。納米材料的物理和化學(xué)性能與其尺寸和結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，規(guī)則形貌的鐵納米顆粒的可控制備亟待解決。
1969年,Ino (JPhysSocJpn, 1969,27:941-953)通過熱力學(xué)計(jì)算預(yù)測(cè)，當(dāng)鐵納米顆粒小到數(shù)十納米時(shí)會(huì)出現(xiàn)二十面體的結(jié)構(gòu)；1999年，Sakurai(JChemPhys,1999,111:235-238)用質(zhì)譜觀察到含有13個(gè)鐵原子的穩(wěn)定團(tuán)簇，推測(cè)為鐵二十面體；2007年，通過第一性原理計(jì)算，Rollmann (Phys Rev Lett, 2007,99:083402)
等人指出當(dāng)鐵納米顆粒(團(tuán)簇)含55個(gè)原子時(shí)，二十面體是最穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種鐵二十面體納米顆粒的制備方法。一種鐵二十面體納米顆粒的制備方法，其特征在于，該方法步驟如下
(1) 將濃度為0.05~0.09g/mL的溫和還原劑和濃度為0.02 0.2g/mL的鐵鹽溶于去離子水中，攪拌直至完全溶解即制得鐵—十面體納米顆粒前驅(qū)體，所述鐵鹽為Fe(N03)3或FeCl2，所述溫和還原劑為聚乙烯吡咯烷酮或聚乙二醇；
(2) 將歩驟(1)制備的前驅(qū)體吸入醫(yī)用注射器中，用靜電紡絲的方法將醫(yī)用注射器針頭與靜電紡絲裝置的正高壓相連接，在針尖正下方10 18cm處放置接地鋁箔作為陰極，在鋁箔上放置銅網(wǎng)，銅網(wǎng)上鋪設(shè)非晶薄膜作為接收片用以接收噴射出來的前軀體，在非晶薄膜和針頭之間設(shè)置一不銹鋼網(wǎng)用以去除噴射出來的納米纖維；
(3) 針頭上加15~18kV的高壓，前驅(qū)體溶液在電場(chǎng)作用下經(jīng)不銹鋼網(wǎng)噴射到非晶薄膜上；
(4) 將噴射有前驅(qū)體的非晶薄膜在真空度小于l(T5Pa的真空腔內(nèi)加熱，加熱溫度為300 38(TC，時(shí)間為0.5~0.8h，以10~20°C/min的速度冷卻到室溫，即制得鐵二十面體納米顆粒。
所述非晶薄膜為非晶碳膜或者非晶氧化硅膜。所述聚乙烯吡咯烷酮分子量為13000。所述聚乙二醇分子量為8000。
本發(fā)明的有益效果為(l)本發(fā)明提供了一種操作簡(jiǎn)便、重復(fù)性好的制備鐵二十面體納米顆粒的方法；(2)本發(fā)明方法不需要復(fù)雜設(shè)備，鐵二十面體納米顆粒的產(chǎn)率在90%以上；(3)本發(fā)明制備的鐵二十面體納米顆粒在催化等領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景；(4)以Fe(N03)3或FeCl2為鐵鹽，以聚乙烯吡咯烷酮或聚乙二醇為溫和還原劑制備前軀體，在真空腔內(nèi)300 38(TC加熱0.5 0.8h，加熱溫度低，時(shí)間短。


圖1是本發(fā)明制備方法示意圖2是實(shí)施例1制備的鐵二十面體納米顆粒的低倍透射電鏡形貌像；
圖3是實(shí)施例1制備鐵二十面體納米顆粒二次軸的結(jié)構(gòu)示意圖(a)、高分辨
像(b)和高分辨像模擬像(c);
圖中標(biāo)號(hào)l-醫(yī)用注射器；2-前軀體溶液；3-不銹鋼網(wǎng)；4-非晶薄膜；5-接地鋁箔；6-靜電紡絲裝置的正高壓。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明
實(shí)施例1
一種鐵二十面體納米顆粒的制備方法，制備方法示意圖如圖l所示，該方法步驟如下
(1) 將0.5gFe(NO3)3和0.6g聚乙二醇(PEG,分子量為8000)溶于10 ml去離
子水中，磁力攪拌直至完全溶解即制得鐵二十面體納米顆粒前驅(qū)體PEG /Fe3+;
(2) 將步驟(1)制備的前驅(qū)體吸入醫(yī)用注射器1中，用靜電紡絲的方法將醫(yī)用注射器針頭與靜電紡絲裝置的正高壓6相連接，在針尖正下方10cm處放置接地鋁箔5作為陰極，在鋁箔上放置銅網(wǎng)，銅網(wǎng)上鋪設(shè)非晶薄膜4 (此處選用非晶碳膜)作為接收片用以接收噴射出來的前軀體，因噴射出來的前軀體中會(huì)有部分納米纖維，所以在非晶碳膜和針頭之間設(shè)置一孔徑較大的不銹鋼網(wǎng)3用以去除噴射出來的納米纖維；
(3) 針頭上加15kV高壓，前驅(qū)體溶液2在電場(chǎng)作用下經(jīng)不銹鋼網(wǎng)噴射到非晶碳膜上；
(4) 將噴射有前驅(qū)體的非晶碳膜在真空度小于l(T5Pa的真空腔(激光脈沖鍍膜系統(tǒng))內(nèi)加熱，加熱溫度為300。C，加熱時(shí)間為0.5h，以15'C/min的速度冷卻到室溫，即制得鐵二十面體納米顆粒。
本實(shí)施例制備的鐵納米顆粒的低倍透射電鏡形貌像如圖2所示，從圖中可以
看出在非晶碳膜上形成了均勻分散的鐵納米顆粒。如圖3所示為鐵二十面體納米顆粒二次軸的結(jié)構(gòu)示意圖(a)、高分辨像(b)和高分辨像模擬像(c)，從高分辨實(shí)驗(yàn)像和模擬像的對(duì)比來看，生成的鐵納米顆粒確為二十面體結(jié)構(gòu)。實(shí)施例2
一種鐵二十面體納米顆粒的制備方法，該方法步驟如下
(1) 將0.7gFe(NO3)3和0.5g聚乙二醇(PEG,分子量為8000)溶于10ml去離子水中，磁力攪拌直至完全溶解即制得鐵二十面體納米顆粒前驅(qū)體PEG/F^+;
(2) 將步驟(1)制備的前驅(qū)體吸入醫(yī)用注射器中，用靜電紡絲的方法將醫(yī)用注射器針頭與靜電紡絲裝置的正高壓相連接，在針尖正下方15cm處放置接地鋁箔作為陰極，在鋁箔上放置銅網(wǎng)，銅網(wǎng)上鋪設(shè)非晶碳膜作為接收片用以接收噴射出來的前軀體，因噴射出來的前軀體中會(huì)有部分納米纖維，所以在非晶碳膜和針頭之間設(shè)置一孔徑較大的不銹鋼網(wǎng)用以去除噴射出來的納米纖維；
(3) 針頭上加16kV高壓，前驅(qū)體溶液在電場(chǎng)作用下經(jīng)不銹鋼網(wǎng)噴射到非晶碳膜上；
(4) 將噴射有前驅(qū)體的非晶碳膜在真空度小于10—5Pa的真空腔(激光脈沖鍍膜系統(tǒng))內(nèi)加熱，加熱溫度為35(TC，加熱時(shí)間為0.6h，以12°C/min的速度冷卻到室溫，即制得鐵二十面體納米顆粒。
實(shí)施例3
一種鐵二十面體納米顆粒的制備方法，該方法步驟如下
(l)將0.9gFeCl2和0.8g聚乙二醇(PEG,分子量為8000)溶于10ml去離子
水中，磁力攪拌直至完全溶解即制得鐵二十面體納米顆粒前驅(qū)體PEG /Fe2+;(2) 將步驟(1)制備的前驅(qū)體吸入醫(yī)用注射器中，用靜電紡絲的方法將醫(yī)用注射
器針頭與靜電紡絲裝置的正高壓相連接，在針尖正下方18cm處放置接地鋁箔作為陰極，在鋁箔上放置銅網(wǎng)，銅網(wǎng)上鋪設(shè)非晶氧化硅膜作為接收片用以接收噴射出來的前軀體，因噴射出來的前軀體中會(huì)有部分納米纖維，所以在非晶氧化硅膜和針頭之間設(shè)置一孔徑較大的不銹鋼網(wǎng)用以去除噴射出來的納米纖維；
(3) 針頭上加18kV高壓，前驅(qū)體溶液在電場(chǎng)作用下經(jīng)不銹鋼網(wǎng)噴射到非晶氧化硅膜上；
(4) 將噴射有前驅(qū)體的非晶氧化硅膜在真空度小于10—5Pa的真空腔(激光脈沖鍍膜系統(tǒng))內(nèi)加熱，加熱溫度為38(TC，加熱時(shí)間為0.8h，以11'C/min的速度冷卻到室溫，即制得鐵二十面體納米顆粒。
實(shí)施例4
一種鐵二十面體納米顆粒的制備方法，該方法步驟如下-
(1) 將1.2gFe(N03)3和0.9g聚乙烯吡咯烷酮(PVP，分子量為13000)溶于10ml去離子水中，磁力攪拌直至完全溶解即制得鐵二十面體納米顆粒前驅(qū)體PVP/Fe3+;
(2) 將步驟(1)制備的前驅(qū)體吸入醫(yī)用注射器中，用靜電紡絲的方法將醫(yī)用注射器針頭與靜電紡絲裝置的正高壓相連接，在針尖正下方14cm處放置接地鋁箔作為陰極，在鋁箔上放置銅網(wǎng)，銅網(wǎng)上鋪設(shè)非晶碳膜作為接收片用以接收噴射出來的前軀體，因噴射出來的前軀體中會(huì)有部分納米纖維，所以在非晶碳膜和針頭之間設(shè)置一孔徑較大的不銹鋼網(wǎng)用以去除噴射出來的納米纖維；
(3) 針頭上加17kV高壓，前驅(qū)體溶液在電場(chǎng)作用下經(jīng)不銹鋼網(wǎng)噴射到非晶碳膜上；
(4) 將噴射有前驅(qū)體的非晶碳膜在真空度小于l(T5Pa的真空腔(激光脈沖鍍膜系統(tǒng))內(nèi)加熱，加熱溫度為320。C，加熱時(shí)間為0.7h，以13。C/min的速度冷卻到室溫，即制得鐵二十面體納米顆粒。實(shí)施例5
一種鐵二十面體納米顆粒的制備方法，該方法步驟如下
(1) 將0.8gFe(NO3)3和0.7g聚乙烯吡咯烷酮(PVP，分子量為13000)溶于10ml去離子水中，磁力攪拌直至完全溶解即制得鐵二十面體納米顆粒前驅(qū)體PVP/Fe3+;
(2) 將步驟(1)制備的前驅(qū)體吸入醫(yī)用注射器中，用靜電紡絲的方法將醫(yī)用注射器針頭與靜電紡絲裝置的正高壓相連接，在針尖正下方16cm處放置接地鋁箔作為陰極，在鋁箔上放置銅網(wǎng)，銅網(wǎng)上鋪設(shè)非晶氧化硅膜作為接收片用以接收噴射出來的前軀體，因噴射出來的前軀體中會(huì)有部分納米纖維，所以在非晶氧化硅膜和針頭之間設(shè)置一孔徑較大的不銹鋼網(wǎng)用以去除噴射出來的納米纖維；
(3) 針頭上加18kV高壓，前驅(qū)體溶液在電場(chǎng)作用下經(jīng)不銹鋼網(wǎng)噴射到非晶氧化硅膜上；
(4) 將噴射有前驅(qū)體的非晶氧化硅膜在真空度小于lO—Spa的真空腔(激光脈沖鍍膜系統(tǒng))內(nèi)加熱，加熱溫度為33(TC，加熱時(shí)間為0.7h，以15i:/min的速度冷卻到室溫，即制得鐵二十面體納米顆粒。
實(shí)施例6
--種鐵二十面體納米顆粒的制備方法，該方法步驟如下
(1) 將1.5gFeCl2禾卩0.5g聚乙烯吡咯烷酮(PVP，分子量為13000)溶于10 ml
去離子水中，磁力攪拌直至完全溶解即制得鐵二十面體納米顆粒前驅(qū)體PVP/Fe2+;
(2) 將步驟(1)制備的前驅(qū)體吸入醫(yī)用注射器中，用靜電紡絲的方法將醫(yī)用注射
8器針頭與靜電紡絲裝置的正高壓相連接，在針尖正下方17cm處放置接地鋁箔作為陰極，在鋁箔上放置銅網(wǎng)，銅網(wǎng)上鋪設(shè)非晶碳膜作為接收片用以接收噴射出來的前軀體，因噴射出來的前軀體中會(huì)有部分納米纖維，所以在非晶碳膜和針頭之間設(shè)置一孔徑較大的不銹鋼網(wǎng)用以去除噴射出來的納米纖維；
(3) 針頭上加15kV高壓，前驅(qū)體溶液在電場(chǎng)作用下經(jīng)不銹鋼網(wǎng)噴射到非晶碳膜上； .
(4) 將噴射有前驅(qū)體的非晶碳膜在真空度小于l(T5Pa的真空腔(激光脈沖鍍膜系統(tǒng))內(nèi)加熱，加熱溫度為340。C，加熱時(shí)間為0.5h，以14°C/min的速度冷卻到室溫，即制得鐵二十面體納米顆粒。
實(shí)施例7
一種鐵二十面體納米顆粒的制備方法，該方法步驟如下
(1) 將1.8gFeCl2和0.7g聚乙二醇(PEG，分子量為8000)溶于10ml去離子水中，磁力攪拌直至完全溶解即制得鐵二十面體納米顆粒前驅(qū)體PEG /Fe2+;
(2) 將步驟(1)制備的前驅(qū)體吸入醫(yī)用注射器中，用靜電紡絲的方法將醫(yī)用注射器針頭與靜電紡絲裝置的正高壓相連接，在針尖正下方12cm處放置接地鋁箔作為陰極，在鋁箔上放置銅網(wǎng)，銅網(wǎng)上鋪設(shè)非晶碳膜作為接收片用以接收噴射出來的前軀體，因噴射出來的前軀體中會(huì)有部分納米纖維，所以在非晶碳膜和針頭之間設(shè)置一孔徑較大的不銹鋼網(wǎng)用以去除噴射出來的納米纖維；
(3) 針頭上加16kV高壓，前驅(qū)體溶液在電場(chǎng)作用下經(jīng)不銹鋼網(wǎng)噴射到非晶碳膜上；
(4) 將噴射有前驅(qū)體的非晶碳膜在真空度小于10—5Pa的真空腔(激光脈沖鍍膜系統(tǒng))內(nèi)加熱，加熱溫度為31(TC，加熱時(shí)間為0.8h，以15'C/min的速度冷卻到室溫，即制得鐵二十面體納米顆粒。
權(quán)利要求
1、一種鐵二十面體納米顆粒的制備方法，其特征在于，該方法步驟如下(1)將濃度為0.05～0.09g/mL的溫和還原劑和濃度為0.02～0.2g/mL的鐵鹽溶于去離子水中，攪拌直至完全溶解即制得鐵二十面體納米顆粒前驅(qū)體，所述鐵鹽為Fe(NO3)3或FeCl2，所述溫和還原劑為聚乙烯吡咯烷酮或聚乙二醇；(2)將步驟(1)制備的前驅(qū)體吸入醫(yī)用注射器中，用靜電紡絲的方法將醫(yī)用注射器針頭與靜電紡絲裝置的正高壓相連接，在針尖正下方10～18cm處放置接地鋁箔作為陰極，在鋁箔上放置銅網(wǎng)，銅網(wǎng)上鋪設(shè)非晶薄膜作為接收片用以接收噴射出來的前軀體，在非晶薄膜和針頭之間設(shè)置一不銹鋼網(wǎng)用以去除噴射出來的納米纖維；(3)針頭上加15～18kV的高壓，前驅(qū)體溶液在電場(chǎng)作用下經(jīng)不銹鋼網(wǎng)噴射到非晶薄膜上；(4)將噴射有前驅(qū)體的非晶薄膜在真空度小于10-5Pa的真空腔內(nèi)加熱，加熱溫度為300～380℃，時(shí)間為0.5～0.8h，以10～20℃/min的速度冷卻到室溫，即制得鐵二十面體納米顆粒。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鐵二十面體納米顆粒的制備方法，其特征在 于，所述非晶薄膜為非晶碳膜或者非晶氧化硅膜。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鐵二十面體納米顆粒的制備方法，其特征在 于，所述聚乙烯吡咯垸酮分子量為13000。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鐵二十面體納米顆粒的制備方法，其特征在 于，所述聚乙二醇分子量為8000。
全文摘要
本發(fā)明公開了屬于納米材料制備技術(shù)領(lǐng)域的一種鐵二十面體納米顆粒的制備方法。本發(fā)明用靜電紡絲的方法在噴頭加上高壓后，將高分子溫和還原劑和鐵鹽的混合溶液噴射到非晶薄膜的基底上，所述鐵鹽為Fe(NO₃)₃或FeCl₂，所述溫和還原劑為聚乙烯吡咯烷酮或聚乙二醇，將噴射有混合溶液的薄膜在真空腔內(nèi)300～380℃加熱0.5～0.8h后，以10～20℃/min的速度冷卻到室溫，即制得鐵二十面體納米顆粒。本發(fā)明提供了一種操作簡(jiǎn)便、重復(fù)性好的制備鐵二十面體納米顆粒的方法，不需要復(fù)雜設(shè)備，鐵二十面體納米顆粒的產(chǎn)率在90％以上，本發(fā)明制備的鐵二十面體納米顆粒在催化等領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)B22F9/16GK101596604SQ200910088168
公開日2009年12月9日 申請(qǐng)日期2009年7月3日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月3日
發(fā)明者濤 凌, 靜 朱 申請(qǐng)人:清華大學(xué)