一種鐵配位金屬有機(jī)凝膠及α-Fe₂O₃納米顆粒的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種鐵配位金屬有機(jī)凝膠及α?Fe2O3納米顆粒的制備方法，將反丁烯二酸和鐵鹽加入至乙醇中分別制備成反丁烯二酸乙醇溶液和鐵鹽乙醇溶液，再將反丁烯二酸乙醇溶液和鐵鹽乙醇溶液混合后靜置獲得鐵?反丁烯二酸金屬有機(jī)凝膠，即為鐵配位金屬有機(jī)凝膠，將鐵配位金屬有機(jī)凝膠干燥獲得干凝膠，然后將獲得的干凝膠煅燒后即得α?Fe2O3納米顆粒。本發(fā)明通過金屬與羧酸的配位作用一步制備了金屬有機(jī)凝膠，制備方法簡便，以所制備的金屬有機(jī)凝膠為原料，煅燒后制得了α?Fe2O3納米顆粒，方法簡單，得到的α?Fe2O3納米顆粒不含有其他雜質(zhì)，不需要后期處理。
【專利說明】
一種鐵配位金屬有機(jī)凝膠及a-Fe203納米顆粒的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于無機(jī)金屬材料領(lǐng)域，具體涉及鐵配位金屬有機(jī)凝膠及利用該金屬有機(jī)凝膠作原料制備a-Fe2〇3納米顆粒?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]a-Fe203作為一種比較有價(jià)值的鐵的氧化物，由于其化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、耐光性等優(yōu)良特性可以被廣泛地應(yīng)用于涂料、氣敏材料、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。同時(shí)，由于其具有較窄的禁帶寬度，a-Fe2〇3也是一種重要的n型半導(dǎo)體材料。
[0003]目前a-Fe2〇3納米顆粒的制備方法主要有三大類:固相法、液相法和氣相法。而溶膠-凝膠法由于其合成條件可控，產(chǎn)品純度高且形貌可控等特點(diǎn)受到越來越多的關(guān)注和研究。但是目前的溶膠-凝膠法制備納米氧化鐵需要將鐵離子與其他物質(zhì)在溶液中形成溶膠， 再加入堿或鹽將溶膠凝膠化處理得到凝膠。這就會引入其他金屬離子，制備出的納米氧化鐵還需要洗滌，干燥處理。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種一步制備金屬有機(jī)凝膠，并以此凝膠為原材料，高溫煅燒制備a_Fe2〇3納米顆粒的方法。該方法制備簡單，且制備出的a-Fe2〇3納米顆粒不含有其他雜質(zhì)，不需要后期處理。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是:
[0006]—種鐵配位金屬有機(jī)凝膠的制備方法，將反丁烯二酸和鐵鹽加入至乙醇中分別制備成反丁烯二酸乙醇溶液和鐵鹽乙醇溶液，再將反丁烯二酸乙醇溶液和鐵鹽乙醇溶液混合后靜置獲得鐵_反丁烯二酸金屬有機(jī)凝膠，即為鐵配位金屬有機(jī)凝膠。
[0007]丁烯二酸是一種二元羧酸，其可與鐵鹽產(chǎn)生配位作用，但是丁烯二酸根據(jù)空間結(jié)構(gòu)又分為順丁烯二酸和反丁烯二酸，順丁烯二酸無法與鐵鹽制備成為金屬有機(jī)凝膠，本發(fā)明通過反丁烯二酸和鐵鹽的配位作用無需加入其他原料，一步制備了金屬有機(jī)凝膠，制備方法簡便。
[0008]優(yōu)選的，其具體步驟為:
[0009](1)將反丁烯二酸粉末加入到乙醇中，加熱攪拌使其溶解，得到反丁烯二酸乙醇溶液；
[0010](2)將鐵鹽固體加入至乙醇中，常溫?cái)嚢枋蛊淙芙?，得到鐵鹽乙醇溶液；
[0011](3)將步驟(1)獲得的反丁烯二酸乙醇溶液加入等體積的步驟(2)獲得的鐵鹽乙醇溶液，靜置，得到鐵-反丁烯二酸金屬有機(jī)凝膠。
[0012]進(jìn)一步優(yōu)選的，所述步驟(1)中溫度為65-75°C。[〇〇13] 進(jìn)一步優(yōu)選的，所述步驟(1)的反丁烯二酸乙醇溶液的濃度為0.4±0.05mol/L。
[0014]進(jìn)一步優(yōu)選的，所述步驟(2)的鐵鹽為硝酸鐵。
[0015]進(jìn)一步優(yōu)選的，所述步驟⑵的鐵鹽乙醇溶液的濃度為〇.2?0.8mol/L。
[0016]進(jìn)一步優(yōu)選的，所述步驟(3)靜置時(shí)間為2-3小時(shí)。
[0017]—種上述制備方法制備的鐵配位金屬有機(jī)凝膠。
[0018]一種a-Fe2〇3納米顆粒的制備方法，將上述鐵配位金屬有機(jī)凝膠干燥獲得干凝膠， 然后將獲得的干凝膠煅燒后即得a_Fe203納米顆粒。
[0019]本發(fā)明以鐵配位金屬有機(jī)凝膠為原料，由于鐵配位金屬有機(jī)凝膠中不含其他雜質(zhì)，無需后處理，簡化了a-Fe203納米顆粒的制備工藝，大大降低了生產(chǎn)成本。
[0020]優(yōu)選的，其步驟為:
[0021](I)將鐵配位金屬有機(jī)凝膠放置于提前預(yù)熱的真空干燥箱中干燥后獲得干凝膠；
[0022]( n )將干凝膠放置于馬弗爐中煅燒即得a-Fe2〇3納米顆粒。[〇〇23] 進(jìn)一步優(yōu)選的，所述步驟(I)的干燥溫度為50-60°C，干燥時(shí)間為24-36小時(shí)。[〇〇24]進(jìn)一步優(yōu)選的，所述步驟(11)升溫速率為5°(:/111111，煅燒溫度為500-700°(:，煅燒時(shí)間為2-3小時(shí)。
[0025]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為:
[0026]1、本發(fā)明通過金屬與羧酸的配位作用一步制備了金屬有機(jī)凝膠，制備方法簡便。
[0027]2、本發(fā)明以所制備的金屬有機(jī)凝膠為原料，煅燒后制得了 a-Fe203納米顆粒，方法簡單，得到的a_Fe203納米顆粒不含有其他雜質(zhì)，不需要后期處理。【附圖說明】
[0028]圖1是制備的鐵-反丁烯二酸金屬有機(jī)凝膠照片(反丁烯二酸濃度為0.4摩爾/升， 自左至右，a?c硝酸鐵的濃度依次為0.2摩爾/升、0.4摩爾/升、0.8摩爾/升)；
[0029]圖2是實(shí)施例1制備的a-Fe203納米顆粒的透射電鏡圖；
[0030]圖3是實(shí)施例2制備的a-Fe203納米顆粒的XRD衍射圖譜?！揪唧w實(shí)施方式】[〇〇31]下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。[〇〇32] 實(shí)施例1:[〇〇33](1)取反丁烯二酸粉末，加入到乙醇溶液中，加熱攪拌使其溶解，得到0.4mol/L的反丁烯二酸溶液。[〇〇34](2)取硝酸鐵固體，加入到乙醇溶液中常溫?cái)嚢枋蛊淙芙猓玫?.2mol/L的硝酸鐵溶液；
[0035](3)將上述步驟制備的反丁烯二酸溶液和硝酸鐵溶液等體積混合，靜置2h，得到鐵-反丁烯二酸金屬有機(jī)凝膠，如圖la所示；[〇〇36](4)將上述制備的鐵-反丁烯二酸金屬有機(jī)凝膠置于提前預(yù)熱的50°C真空干燥箱中干燥24小時(shí)，得到鐵-反丁烯二酸干凝膠；
[0037](5)將上述制備的鐵-反丁烯二酸干凝膠置于馬弗爐中，升溫速率為5°C/min，升溫至500°C煅燒2個(gè)小時(shí)得到a-Fe203納米顆粒，其透射電鏡圖如圖2所示。[〇〇38] 實(shí)施例2:[〇〇39](1)取反丁烯二酸粉末，加入到乙醇溶液中，加熱攪拌使其溶解，得到0.4mol/L的反丁烯二酸溶液。
[0040](2)取硝酸鐵固體，加入到乙醇溶液中常溫?cái)嚢枋蛊淙芙?，得?.2mo 1 /L的硝酸鐵溶液；
[0041](3)將上述步驟制備的反丁烯二酸溶液和硝酸鐵溶液等體積混合，靜置，得到鐵-反丁烯二酸金屬有機(jī)凝膠；[〇〇42](4)將上述制備的鐵-反丁烯二酸金屬有機(jī)凝膠置于提前預(yù)熱的50°C真空干燥箱中干燥24小時(shí)，得到鐵-反丁烯二酸干凝膠；
[0043](5)將上述制備的鐵-反丁烯二酸干凝膠置于馬弗爐中，升溫速率為5°C/min，升溫至600°C煅燒2個(gè)小時(shí)得到a-Fe203納米顆粒，其XRD衍射圖譜如圖3所示。
[0044]實(shí)施例3:[〇〇45](1)取反丁烯二酸粉末，加入到乙醇溶液中，加熱攪拌使其溶解，得到0.4mol/L的反丁烯二酸溶液。[〇〇46](2)取硝酸鐵固體，加入到乙醇溶液中常溫?cái)嚢枋蛊淙芙?，得?.2mo 1 /L的硝酸鐵溶液；
[0047](3)將上述步驟制備的反丁烯二酸溶液和硝酸鐵溶液等體積混合，靜置，得到鐵-反丁烯二酸金屬有機(jī)凝膠；[〇〇48](4)將上述制備的鐵-反丁烯二酸金屬有機(jī)凝膠置于提前預(yù)熱的50°C真空干燥箱中干燥24小時(shí)，得到鐵-反丁烯二酸干凝膠；
[0049](5)將上述制備的鐵-反丁烯二酸干凝膠置于馬弗爐中，升溫速率為5°C/min，升溫至700°C煅燒2個(gè)小時(shí)得到a-Fe203納米顆粒。
[0050]實(shí)施例4:[〇〇51](1)取反丁烯二酸粉末，加入到乙醇溶液中，加熱攪拌使其溶解，得到〇.4mol/L的反丁烯二酸溶液。[〇〇52](2)取硝酸鐵固體，加入到乙醇溶液中常溫?cái)嚢枋蛊淙芙?，得?.4mo 1 /L的硝酸鐵溶液；[〇〇53](3)將上述步驟制備的反丁烯二酸溶液和硝酸鐵溶液等體積混合，靜置，得到鐵-反丁烯二酸金屬有機(jī)凝膠，如圖lb所示；[〇〇54](4)將上述制備的鐵-反丁烯二酸金屬有機(jī)凝膠置于提前預(yù)熱的50°C真空干燥箱中干燥24小時(shí)，得到鐵-反丁烯二酸干凝膠；
[0055](5)將上述制備的鐵-反丁烯二酸干凝膠置于馬弗爐中，升溫速率為5°C/min，升溫至500°C煅燒2個(gè)小時(shí)得到a-Fe203納米顆粒。[〇〇56] 實(shí)施例5:[〇〇57](1)取反丁烯二酸粉末，加入到乙醇溶液中，加熱攪拌使其溶解，得到0.4mol/L的反丁烯二酸溶液。[〇〇58](2)取硝酸鐵固體，加入到乙醇溶液中常溫?cái)嚢枋蛊淙芙?，得?.4mo 1 /L的硝酸鐵溶液；
[0059](3)將上述步驟制備的反丁烯二酸溶液和硝酸鐵溶液等體積混合，靜置，得到鐵-反丁烯二酸金屬有機(jī)凝膠；
[0060](4)將上述制備的鐵-反丁烯二酸金屬有機(jī)凝膠置于提前預(yù)熱的50°C真空干燥箱中干燥24小時(shí)，得到鐵-反丁烯二酸干凝膠；
[0061](5)將上述制備的鐵-反丁烯二酸干凝膠置于馬弗爐中，升溫速率為5°C/min，升溫至600°C煅燒2個(gè)小時(shí)得到a-Fe203納米顆粒。[〇〇62] 實(shí)施例6:[〇〇63](1)取反丁烯二酸粉末，加入到乙醇溶液中，加熱攪拌使其溶解，得到0.4mol/L的反丁烯二酸溶液。[〇〇64](2)取硝酸鐵固體，加入到乙醇溶液中常溫?cái)嚢枋蛊淙芙?，得?.4mo 1 /L的硝酸鐵溶液；
[0065](3)將上述步驟制備的反丁烯二酸溶液和硝酸鐵溶液等體積混合，靜置，得到鐵-反丁烯二酸金屬有機(jī)凝膠；[〇〇66](4)將上述制備的鐵-反丁烯二酸金屬有機(jī)凝膠置于提前預(yù)熱的50°C真空干燥箱中干燥24小時(shí)，得到鐵-反丁烯二酸干凝膠；
[0067](5)將上述制備的鐵-反丁烯二酸干凝膠置于馬弗爐中，升溫速率為5°C/min，升溫至700°C煅燒2個(gè)小時(shí)得到a-Fe203納米顆粒。[〇〇68] 實(shí)施例7:[〇〇69](1)取反丁烯二酸粉末，加入到乙醇溶液中，加熱攪拌使其溶解，得到0.4mol/L的反丁烯二酸溶液。
[0070](2)取硝酸鐵固體，加入到乙醇溶液中常溫?cái)嚢枋蛊淙芙?，得?.8mo 1 /L的硝酸鐵溶液；
[0071](3)將上述步驟制備的反丁烯二酸溶液和硝酸鐵溶液等體積混合，靜置，得到鐵-反丁烯二酸金屬有機(jī)凝膠，如圖1 c所示；[〇〇72](4)將上述制備的鐵-反丁烯二酸金屬有機(jī)凝膠置于提前預(yù)熱的50°C真空干燥箱中干燥24小時(shí)，得到鐵-反丁烯二酸干凝膠；
[0073](5)將上述制備的鐵-反丁烯二酸干凝膠置于馬弗爐中，升溫速率為5°C/min，升溫至500°C煅燒2個(gè)小時(shí)得到a-Fe203納米顆粒。[〇〇74] 實(shí)施例8:[〇〇75](1)取反丁烯二酸粉末，加入到乙醇溶液中，加熱攪拌使其溶解，得到0.4mol/L的反丁烯二酸溶液。[〇〇76](2)取硝酸鐵固體，加入到乙醇溶液中常溫?cái)嚢枋蛊淙芙?，得?.8mo 1 /L的硝酸鐵溶液；
[0077](3)將上述步驟制備的反丁烯二酸溶液和硝酸鐵溶液等體積混合，靜置，得到鐵-反丁烯二酸金屬有機(jī)凝膠；[〇〇78](4)將上述制備的鐵-反丁烯二酸金屬有機(jī)凝膠置于提前預(yù)熱的50°C真空干燥箱中干燥24小時(shí)，得到鐵-反丁烯二酸干凝膠；
[0079](5)將上述制備的鐵-反丁烯二酸干凝膠置于馬弗爐中，升溫速率為5°C/min，升溫至600°C煅燒2個(gè)小時(shí)得到a-Fe203納米顆粒。
[0080]實(shí)施例9:[〇〇81](1)取反丁烯二酸粉末，加入到乙醇溶液中，加熱攪拌使其溶解，得到〇.4mol/L的反丁烯二酸溶液。[〇〇82](2)取硝酸鐵固體，加入到乙醇溶液中常溫?cái)嚢枋蛊淙芙?，得?.8mol/L的硝酸鐵溶液；
[0083](3)將上述步驟制備的反丁烯二酸溶液和硝酸鐵溶液等體積混合，靜置，得到鐵-反丁烯二酸金屬有機(jī)凝膠；[〇〇84](4)將上述制備的鐵-反丁烯二酸金屬有機(jī)凝膠置于提前預(yù)熱的50°C真空干燥箱中干燥24小時(shí)，得到鐵-反丁烯二酸干凝膠；
[0085](5)將上述制備的鐵-反丁烯二酸干凝膠置于馬弗爐中，升溫速率為5°C/min，升溫至700°C煅燒2個(gè)小時(shí)得到a-Fe203納米顆粒。
[0086]對比例[〇〇87](1)取順丁烯二酸粉末，加入到乙醇溶液中，加熱攪拌使其溶解，得到0.4mol/L的順丁烯二酸溶液。[〇〇88](2)取硝酸鐵固體，加入到乙醇溶液中常溫?cái)嚢枋蛊淙芙?，得?.2mol/L的硝酸鐵溶液；[〇〇89](3)將上述步驟制備的順丁烯二酸溶液和硝酸鐵溶液等體積混合，靜置2h，無法得到金屬有機(jī)凝膠。
[0090]上述雖然結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行了描述，但并非對發(fā)明保護(hù)范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本發(fā)明的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種鐵配位金屬有機(jī)凝膠的制備方法，其特征是，將反丁烯二酸和鐵鹽加入至乙醇 中分別制備成反丁烯二酸乙醇溶液和鐵鹽乙醇溶液，再將反丁烯二酸乙醇溶液和鐵鹽乙醇 溶液混合后靜置獲得鐵-反丁烯二酸金屬有機(jī)凝膠，即為鐵配位金屬有機(jī)凝膠。2.如權(quán)利要求1所述的一種鐵配位金屬有機(jī)凝膠的制備方法，其特征是，其具體步驟 為:(1)將反丁烯二酸粉末加入到乙醇中，加熱攪拌使其溶解，得到反丁烯二酸乙醇溶液；(2)將鐵鹽固體加入至乙醇中，常溫?cái)嚢枋蛊淙芙?，得到鐵鹽乙醇溶液；(3)將步驟(1)獲得的反丁烯二酸乙醇溶液加入等體積的步驟(2)獲得的鐵鹽乙醇溶 液，靜置，得到鐵-反丁烯二酸金屬有機(jī)凝膠。3.如權(quán)利要求2所述的一種鐵配位金屬有機(jī)凝膠的制備方法，其特征是，所述步驟(1) 中溫度為65-75°C;所述步驟(1)的反丁烯二酸乙醇溶液的濃度為〇.4±0.05mol/L。4.如權(quán)利要求2所述的一種鐵配位金屬有機(jī)凝膠的制備方法，其特征是，所述步驟(2) 的鐵鹽為硝酸鐵；所述步驟(2)的鐵鹽乙醇溶液的濃度為0.2?0.8mol/L。5.如權(quán)利要求2所述的一種鐵配位金屬有機(jī)凝膠的制備方法，其特征是，所述步驟(3) 靜置時(shí)間為2_3小時(shí)。6.—種如權(quán)利要求1-5任一所述的制備方法制備的鐵配位金屬有機(jī)凝膠。7.—種a-Fe203納米顆粒的制備方法，其特征是，將權(quán)利要求6所述的鐵配位金屬有機(jī)凝 膠干燥獲得干凝膠，然后將獲得的干凝膠煅燒后即得a_Fe203納米顆粒。8.如權(quán)利要求7所述的一種a-Fe2〇3納米顆粒的制備方法，其特征是，其步驟為:(I)將鐵配位金屬有機(jī)凝膠放置于提前預(yù)熱的真空干燥箱中干燥后獲得干凝膠；(II )將干凝膠放置于馬弗爐中煅燒即得a-Fe203納米顆粒。9.如權(quán)利要求8所述的一種a-Fe203納米顆粒的制備方法，其特征是，所述步驟(I)的干 燥溫度為50-60°C，干燥時(shí)間為24-36小時(shí)。10.如權(quán)利要求8所述的一種a-Fe203納米顆粒的制備方法，其特征是，所述步驟(II )升 溫速率為5°C/min，煅燒溫度為500-700°C，煅燒時(shí)間為2-3小時(shí)。
【文檔編號】B82Y40/00GK106008610SQ201610323782
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年5月16日
【發(fā)明人】郝京誠, 隋劍飛, 宋愛新
【申請人】山東大學(xué)