一種氧化鐵納米球的制備方法及其產(chǎn)物的制作方法
【專利摘要】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簡單、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。
【專利說明】
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)這一全球性的問題，開發(fā)和利用太陽能是公認(rèn)的解決能源短缺問題的有效手段。而太陽能利用最大的障礙就是我們所搜集的太陽能難以有效的保存下來。現(xiàn)在通常的做法是通過太陽能光伏電池將太陽能轉(zhuǎn)化為電能儲存，但是這樣需要大規(guī)模建立蓄電站，增加了我們利用太陽能的成本，因此我們希望能通過光解水的過程將太陽能轉(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、對未來經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展有著十分重要影響的研究對象，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。中國發(fā)明專利(公開號CN 101182041 A)公開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)過程或是反應(yīng)所需要的時(shí)間都比較長，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簡單、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離子能夠?qū)ρ趸F納米球的生長進(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不可避免的殘留一部分在產(chǎn)物中，即使經(jīng)過多次清洗。四甲基氫氧化銨能創(chuàng)造出一個無雜質(zhì)金屬離子的反應(yīng)環(huán)境，而季銨陽離子可以通過簡單的熱處理去除，不會在產(chǎn)物中留下雜質(zhì)陽離子。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)明通過對原料的用量及水熱反應(yīng)條件的精確調(diào)控，制備工藝過程簡單，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，而且制備過程中不會引入雜質(zhì)金屬離子。
【附圖說明】
[0021 ]圖1為實(shí)施例1制備的氧化鐵納米球的X射線衍射(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為對比例I制備的產(chǎn)物的X射線衍射(XRD)圖譜；
[0025]圖5為對比例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)一步說明本發(fā)明。
[0027]實(shí)施例1
[0028]I)稱取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度直徑為65?75nm，形貌與尺寸均一。
[0034]實(shí)施例2
[0035]I)稱取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]對比例I
[0045]I)稱取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】C01G49/06GK105883932SQ201610383860
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年6月1日
【發(fā)明人】徐剛, 孫小磊, 楊永榮, 沈鴿, 韓高榮
【申請人】浙江大學(xué)