專利名稱：一種合成形貌尺寸可控的α-Fe₂O₃納米顆粒的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及a-Fe203制備方法，具體涉及水熱法制備a-Fe203納米顆粒的方法，是采用氨 基酸作為結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑制備形貌尺寸可控的a-Fe203納米顆粒。
背景技術(shù)：
a-Fe203納米顆粒具有無(wú)毒、抗腐蝕、低成本的優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于氣敏元件、電極材料、 涂料、催化劑、磁性材料以及醫(yī)學(xué)和生物工程等領(lǐng)域。a-Fe203納米顆粒的物理和化學(xué)性質(zhì)主 要是由它的形貌和尺寸大小決定，所以尋找一種可以有效控制a-Fe203納米顆粒形貌和尺寸 的合成方法變得尤為重要。目前，合成a-Fe203納米顆粒的方法主要有共沉淀法、熱解法、 微乳液法、水熱合成法。共沉淀法工藝非常簡(jiǎn)單，但是它不能有效的控制a-Fe203納米顆粒 的形貌和尺寸大小，尺寸分布較寬。熱解法雖然能夠很好的控制a-Fe203納米顆粒的形貌和 尺寸大小，但是它需要有機(jī)金屬作為原料，成本相對(duì)較高，而且需要惰性氣體保護(hù)和高溫條 件，工藝比較復(fù)雜。微乳液法制備的a-Fe203納米顆粒尺寸分布窄，分散性好，但這種方法 需要大量的有機(jī)溶劑，收率低，很難實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。與以上三種方法相比，水熱合成法有 其優(yōu)點(diǎn)，例如，水熱過(guò)程能夠在較低溫度下促進(jìn)晶體的成核及生長(zhǎng)；水熱法合成的a-Fe203 納米顆粒純度非常高，不含其他雜質(zhì)；水熱合成法原料易得、產(chǎn)物顆粒晶型好、分散性好、 形貌可控及成本相對(duì)較低。所以，水熱合成法是一種非常重要的合成a-Fe203納米顆粒的方 法，具有很大的應(yīng)用前景。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供形貌尺寸可控的a-Fe203納米顆粒的制備方法，采用水熱法，在氨基 酸的結(jié)構(gòu)導(dǎo)向作用下一步合成a-Fe203納米顆粒。合成的a-Fe203納米顆粒在H2環(huán)境下還原 可以得到形貌尺寸不變的Fe304納米顆粒，進(jìn)一步將Fe304納米顆粒再氧化，可以制備出 ，F(xiàn)e203納米顆粒。本發(fā)明的技術(shù)方案是(1) 將三價(jià)鐵鹽和導(dǎo)向劑按不同的摩爾比溶于100ml水，磁力攪拌，得到澄清透明溶液。所述的三價(jià)鐵鹽是六水合三氯化鐵；導(dǎo)向劑是氨基酸中的一種，氨基酸為谷氨酸、賴氨酸、 天冬酰胺或甲硫酰胺中的一種。三價(jià)鐵鹽與導(dǎo)向劑的摩爾比在1:0.01至l:2之間。(2) 將步驟(1)獲得的溶液倒入150ml反應(yīng)釜中，密封，升溫至100~180°C，并在該溫度下保持24小時(shí)，自然冷卻至室溫，再經(jīng)水洗，乙醇洗，干燥制得產(chǎn)品。按此方法可以得到菱形、樹(shù)葉形、類立方體形的a-Fe203納米顆粒，顆粒的尺寸可以通過(guò)改變反應(yīng)條件來(lái)調(diào)整。實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的基本原理在于(1) 在反應(yīng)釜中，溶液被持續(xù)加熱，F(xiàn)e^的濃度不斷增大，形成過(guò)飽和溶液，導(dǎo)致a-Fe203 晶種的產(chǎn)生。(2) 這種新形成的晶種表面能非常高，極不穩(wěn)定，容易團(tuán)聚，形成初級(jí)的納米晶體。在 這一過(guò)程中，氨基酸分子被選擇性的吸附在晶體表面，起到了導(dǎo)向晶體生長(zhǎng)的作用。因?yàn)樗?用的氨基酸結(jié)構(gòu)不同，在晶體表面的吸附也不相同，所以可以得到不同形貌的a-Fe203納米 顆粒。(3)初級(jí)的納米晶體經(jīng)過(guò)再結(jié)晶的過(guò)程得到最終的a-Fe203納米晶體產(chǎn)物。本發(fā)明的有益效果是可以通過(guò)應(yīng)用不同的氨基酸來(lái)控制a-Fe203納米顆粒的形貌，通 過(guò)改變反應(yīng)條件來(lái)調(diào)整尺寸的大小。工藝簡(jiǎn)單，產(chǎn)品在水相中具有很好的分散性，成本低， 無(wú)污染，適合工業(yè)化生產(chǎn)。


圖1是水熱法制備的a-Fe203納米顆粒XRD譜，其中(a)為利用賴氨酸合成的菱形a-Fe203 納米顆粒的XRD譜，(b)為利用天冬酰胺合成的樹(shù)葉形a-Fe203納米顆粒的XRD譜。圖2是水熱法制備的ct-Fe203納米顆粒的透射電鏡圖，其中(a)是賴氨酸合成的菱形 a-Fe203納米顆粒的TEM圖，(b)是天冬酰胺合成的a-Fe203納米顆粒的TEM圖，(c)是甲 硫酰胺合成的類似立方體的a-Fe203納米顆粒的TEM圖。圖3是水熱法制備的a-Fe203納米顆粒的透射電鏡圖，其中(a) (b) (c)所用氨基酸都 是天冬酰胺，摩爾比Fe"/天冬酰胺依次為1:0.05、 1:0.25、 1:0.5。圖4是水熱法制備的a-Fe203納米顆粒的透射電鏡圖，其中(a) (b)所用氨基酸都是賴 氨酸，反應(yīng)溫度依次是15(TC、 180°C。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1分別稱取0.541gFeCl3'6H20、 0.5852g賴氨酸，用100ml去離子水溶解，經(jīng)磁力攪拌，形成澄清溶液，之后轉(zhuǎn)入反應(yīng)釜中，密封。將反應(yīng)釜在12(TC烘箱中放置1天，然后自然冷卻至室溫。將產(chǎn)品離心分離，水洗2次，乙醇洗1次，在5(TC烘箱中干燥6小時(shí)，最終得到產(chǎn) n叫o圖l (a)為本實(shí)施例制備的a-Fe203納米顆粒XRD譜，其特征峰與a-Fe20(標(biāo)準(zhǔn)譜峰一 致。圖2 (a)是本實(shí)施例制備的a-Fe203納米顆粒的TEM圖?？梢钥闯鯽-Fe203納米顆粒具有菱形結(jié)構(gòu)，尺寸大小非常均勻，邊長(zhǎng)約為65nm。實(shí)施例2分別稱取0.541gFeCly6H20、 0.1322g天冬酰胺，其他條件同實(shí)施例1，所得產(chǎn)品的XRD 譜如圖1 (b)所示，其特征峰與實(shí)施例1 一致。圖2 (b)和圖3 (c)是本實(shí)施例制備的a-Fe203 納米顆粒的TEM圖。從圖中可以看出，a-Fe203呈樹(shù)葉形，尺寸分布窄，長(zhǎng)軸約為150nm， 短軸約為卯nm。實(shí)施例3分別稱取0.541 gFeCl3*6H20、 0.2984g甲硫氨酸，其他條件同實(shí)施例1，所得產(chǎn)品的TEM 圖如圖2(c)所示，a-Fe203納米顆粒具有類似立方體的結(jié)構(gòu)，縱橫比約為l，尺寸大小均勻， 邊長(zhǎng)80nm。實(shí)施例4分別稱取0.541gFeCly6H20、 0.0661g天冬酰胺，其他條件同實(shí)施例1，所得產(chǎn)品的TEM 圖如圖3 (b)所示，在其他條件不變的情況下，減少天冬酰胺的用量，a-Fe203納米顆粒的 形貌沒(méi)有發(fā)生變化，但是尺寸變大，長(zhǎng)軸約為180nm，短軸約為105nm。實(shí)施例5分別稱取0.541gFeCly6H20、 0.0132g天冬酰胺，其他條件同實(shí)施例1，所得產(chǎn)品的TEM 圖如圖3 (a)所示，在其他條件不變的情況下，繼續(xù)減少天冬酰胺的用量，a-Fe203納米顆粒 的形貌沒(méi)有發(fā)生改變，但是尺寸變大，長(zhǎng)軸約為250nm，短軸約為175nm。實(shí)施例6分別稱取分別稱取0.541gFeCly6H20、 0.2926g賴氨酸，用100ml去離子水溶解，經(jīng)磁力 攪拌，形成澄清溶液，之后轉(zhuǎn)入反應(yīng)釜中，密封。將反應(yīng)釜在15(TC烘箱中放置1天，其他 條件同實(shí)施例l，產(chǎn)品的TEM圖如圖4 (a)所示，a-Fe203納米顆粒呈菱形，尺寸分布窄。實(shí)施例7分別稱取分別稱取0.541gFeCly6H20、 0.2926g賴氨酸，用100ml去離子水溶解，經(jīng)磁力 攪拌，形成澄清溶液，之后轉(zhuǎn)入反應(yīng)釜中，密封。將反應(yīng)釜在18(TC烘箱中放置1天，其他 條件同實(shí)施例l，產(chǎn)品的TEM圖如圖4 (b)所示，提高反應(yīng)溫度，a-Fe203納米顆粒的尺寸 變大，形貌基本保持不變。權(quán)利要求
1、一種合成形貌尺寸可控的α-Fe2O3納米顆粒的方法，其特征在于，該方法是以三價(jià)鐵鹽為原料，在導(dǎo)向劑的存在下水解得到產(chǎn)品，制備工藝為(1)將三價(jià)鐵鹽和導(dǎo)向劑按不同的摩爾比溶于100ml水，磁力攪拌，得到澄清透明溶液，導(dǎo)向劑為氨基酸中的一種；(2)將步驟(1)獲得的溶液倒入150ml反應(yīng)釜中，密封，升溫至100～180℃，并在該溫度下保持24小時(shí)，自然冷卻至室溫，再經(jīng)水洗，乙醇洗，干燥制得產(chǎn)品，三價(jià)鐵鹽與導(dǎo)向劑的摩爾比在1∶0.01至1∶2之間。
2、 按照權(quán)利要求l所述的一種合成形貌尺寸可控的a-Fe203納米顆粒的方法，其特征在 于，所述的三價(jià)鐵鹽為六水合三氯化鐵。
3、 按照權(quán)利要求1所述的一種合成形貌尺寸可控的a-Fe203納米顆粒的方法，其特征在 于，所述的氨基酸為谷氨酸、賴氨酸、天冬酰胺或甲硫酰胺中的一種。
4、 按照權(quán)利要求l所述的一種合成形貌尺寸可控的a-Fe203納米顆粒的方法，其特征在 于，水熱反應(yīng)是在高壓反應(yīng)釜中進(jìn)行。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種形貌尺寸可控的α-Fe₂O₃納米顆粒的制備方法。本發(fā)明采用水熱法，在氨基酸的結(jié)構(gòu)導(dǎo)向作用下一步合成α-Fe₂O₃納米顆粒，將三價(jià)鐵鹽和氨基酸按不同的摩爾比溶于100ml水，磁力攪拌，得到澄清透明溶液；將澄清透明溶液倒入150ml反應(yīng)釜中，密封，升溫至100～180℃，并在該溫度下保持24小時(shí)，自然冷卻至室溫，再經(jīng)水洗，乙醇洗，干燥制得產(chǎn)品。可以通過(guò)應(yīng)用不同的氨基酸來(lái)控制α-Fe₂O₃納米顆粒的形貌，通過(guò)改變反應(yīng)條件來(lái)調(diào)整尺寸的大小。本發(fā)明工藝簡(jiǎn)單，產(chǎn)品在水相中具有很好的分散性，成本低，無(wú)污染，適合工業(yè)化生產(chǎn)。
文檔編號(hào)C01G49/02GK101314483SQ200810011959
公開(kāi)日2008年12月3日 申請(qǐng)日期2008年6月20日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月20日
發(fā)明者王光輝, 媛 袁, 陸安慧 申請(qǐng)人:大連理工大學(xué)