專利名稱：一種由納米CoFe₂O₄構(gòu)成的三維微納材料及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于磁性金屬氧化物微/納米結(jié)構(gòu)材料制備領(lǐng)域，涉及一種由納米Cc^e2O4 構(gòu)成的三維微納材料及制備方法，具體地是一種磁性鐵酸鈷自組裝雙六角形花朵啞鈴式對聯(lián)的微/納米結(jié)構(gòu)材料及制備方法。
背景技術(shù)：
AB2O4型鐵基尖晶石作為立方晶系的代表之一是一類以Fe(III)氧化物為主要成分的復(fù)合氧化物，其中二價陽離子A填充于1/8的四面體空隙中.三價鐵離子填充于1/2 的八面體空隙，八面體間共棱相連，而八面體與四面體之間共頂相連。這種獨特的結(jié)構(gòu)成就了鐵氧體諸多優(yōu)越的性質(zhì)。研究表明，Coi^e2O4具有高的飽和磁化強度和磁晶各向異性，優(yōu)良的機械耐磨性和化學(xué)穩(wěn)定性，并且在400-500nm短波范圍內(nèi)具有良好的磁光克爾效應(yīng)，因而被認(rèn)為是一種非常有潛力的高密度磁光信息存儲介質(zhì)。它具有高磁導(dǎo)率，因而可以廣泛用于磁測量和磁傳感；同金屬相比，CoFe2O4具有高電阻率，因而磁損耗小，可應(yīng)用于高頻，脈沖，微波及光頻波段。它還具有較好的氣敏性能，關(guān)于其氣敏性的研究也有報道。而且在CO2分解成碳、費托合成以及烴類如丁烯的氧化脫氫等反應(yīng)中表現(xiàn)出良好的催化性能。作為催化劑已實際應(yīng)用于合成氨、F2T合成及乙苯、丁烯等的氧化脫氫反應(yīng)中，同時也可以作為吸波材料用于軍事上的隱身技術(shù)。近年來，納米材料因具有獨特的表面效應(yīng)和小尺寸效應(yīng)，在信息磁存儲、醫(yī)藥、傳感器、催化、環(huán)境保護等領(lǐng)域有著廣泛地應(yīng)用。目前Coi^e2O4的納米材料，主要是低維納米結(jié)構(gòu)的納米顆粒，它有多種制備方法，如水熱法、溶膠凝膠法、化學(xué)共沉淀法、空氣氧化濕法、 微乳液法、噴霧熱解法和液相相轉(zhuǎn)化法以及模板法等。這些方法在制備時通常需要復(fù)雜的反應(yīng)步驟和多種反應(yīng)試劑，在前驅(qū)物灼燒得到最終產(chǎn)物時需要很高的溫度，而且，產(chǎn)物通常存在粒度分布不均勻及團聚問題。與低維納米材料相比，鮮有關(guān)于Cc^e2O4三維高級微納材料的報道。如何將低維納米結(jié)構(gòu)單元組裝成三維(3D)高級微納結(jié)構(gòu)，尤其是對于復(fù)合型金屬氧化物，目前存在著很大的挑戰(zhàn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種由納米Coi^e2O4構(gòu)成的三維微納材料。本發(fā)明的又一目的在于提供制備上述三維微納材料的方法。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的由納米Coi^e2O4構(gòu)成的三維微納材料，為雙六角形花朵啞鈴式對聯(lián)的結(jié)構(gòu)，通過以下方法得到1)將三價鐵鹽和二價鈷鹽加入多元醇中，攪拌成為透明液體，加熱反應(yīng)后冷卻至室溫，收集沉淀物；2)所述沉淀物用乙醇離心洗滌，干燥后得到黃綠色的鐵酸鈷前驅(qū)物；3)將上述前驅(qū)物灼燒，得到雙六角形花朵啞鈴式對聯(lián)結(jié)構(gòu)的Cc^e2O4微納結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明提供的制備上述由納米Cc^e2O4構(gòu)成的三維微納材料的方法，具體步驟為1)將三價鐵鹽和二價鈷鹽加入多元醇中，攪拌成為透明液體，再加熱至 200-230°C反應(yīng)后，冷卻至室溫，得到黃綠色沉淀物，收集沉淀物；所述的三價鐵鹽和二價鈷鹽在多元醇中的總摩爾濃度之和為25_35mM ；所述的三價鐵鹽和二價鈷鹽的摩爾比為1.8-2.3 12)所述沉淀物用乙醇洗滌、干燥，得到黃綠色的鐵酸鈷前驅(qū)物；3)將上述前驅(qū)物置于管式爐中，通入空氣，從室溫升至350°C灼燒2-3小時，通氣速率為50 60ml/min，升溫速率為20_30°C /min，最后得到雙六角形花朵啞鈴式對聯(lián)結(jié)構(gòu)的Coi^e2O4微納結(jié)構(gòu)。所述的制備方法中，步驟1中的攪拌是用電磁攪拌器。所述的制備方法中，步驟1中的多元醇為乙二醇、丙三醇等。所述的制備方法中，步驟1中的加熱反應(yīng)時間為50-70分鐘。所述的制備方法中，步驟2中的干燥是在60_80°C下干燥6-8小時。所述的制備方法中，三價鐵鹽和二價鈷鹽為鐵的強酸鹽和鈷的強酸鹽，如硝酸鐵和硝酸鈷等。本發(fā)明具有以下優(yōu)點1、工藝簡單易行。只需將反應(yīng)物按照比例稱量好，總濃度控制在25_35mM范圍內(nèi)加入反應(yīng)溶劑中，保持?jǐn)嚢瑁谟驮≈蟹磻?yīng)60分鐘即可，技術(shù)難度較低，容易掌握。2、所得材料為雙六角形花朵 鈴式對聯(lián)的規(guī)則形貌，顆粒分布范圍窄，具有單分散性，產(chǎn)物物相單一，反應(yīng)重現(xiàn)性好。3、合成的材料同時具有微米結(jié)構(gòu)和納米結(jié)構(gòu)的特征和優(yōu)勢。


圖1是實施例1中制備得到的Cc^e2O4前驅(qū)物的大范圍掃描電子顯微(SEM)照片。圖2是實施例1中制備得到的Cc^e2O4前驅(qū)物的高分辨掃描電子顯微(SEM)照片。圖3是實施例1中制備得到的Cc^e2O4側(cè)面的透射電子顯微(TEM)照片。圖4是實施例1中制備得到的Cc^e2O4正面的透射電子顯微(TEM)照片。
圖5是實施例1中制備得到的Cc^e2O4的X射線衍射(XRD)圖。圖6是實施例1中制備得到的Cc^e2O4的磁滯回線。
具體實施例方式本發(fā)明提供的磁性鐵酸鈷自組裝雙六角形花朵啞鈴式對聯(lián)的微/納米結(jié)構(gòu)材料的多元醇液相合成方法。采用該方法獲得的 鈴式對聯(lián)的雙六角形花朵結(jié)構(gòu)單位處在微米級，由許多15nm左右納米粒子沿著一定的方向組裝而成。本發(fā)明提供的制備工藝簡單易行、成本低廉，合成的材料同時具有微米結(jié)構(gòu)和納米結(jié)構(gòu)的特征和優(yōu)勢，制備出的材料形貌規(guī)則，顆粒分布范圍窄，具有單分散性，產(chǎn)物物相單一。本發(fā)明可通過如下技術(shù)方案來實現(xiàn)1、前驅(qū)物的制備
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將總濃度為25_35mM摩爾比為2 1的三價鐵鹽和二價鈷鹽加入乙二醇中，電磁攪拌成為透明液體，油浴加熱至200-230°C，反應(yīng)50-70分鐘后，冷卻至室溫，收集沉淀物。 沉淀物用乙醇離心洗滌四次，60-80°C下干燥6-8小時，得到鐵酸鈷前驅(qū)物。2、目的產(chǎn)物前驅(qū)物在通空氣50 60ml/min的管式爐中，在20_30°C /min的升溫速率下，從室溫升溫到350°C下灼燒2-3小時，得到目標(biāo)產(chǎn)物。實施例1(1)前驅(qū)物的制備將總濃度為30mM的鐵和鈷的硝酸鹽以2 1的摩爾比加入ISOmL乙二醇中，電磁攪拌，油浴加熱至230°C，60分鐘后停止反應(yīng)。冷卻至室溫，將沉淀用無水乙醇離心洗滌4 次，于干燥箱中80°C下6小時干燥，即得到前驅(qū)物，該Cc^e2O4前驅(qū)物的大范圍SEM照片如圖1所示，其高分辨SEM照片如圖2所示。⑵Coi^e2O4 的制備管式爐中通空氣60ml/min，在30°C /min的升溫速率下，從室溫升溫到350°C下灼燒前驅(qū)物2小時，即得到單分散的目的產(chǎn)物Coi^e2O4，該Coi^e2O4的側(cè)面和正面的TEM照片如圖3和圖4所示。本實施例制備的Coi^e2O4的XRD圖如圖5所示。將Coi^e2O4采用公知振動樣品磁強計對其磁性進行了測試，其磁滯回線如圖6所不。實施例2(1)前驅(qū)物的制備將總濃度為30mM的三氯化鐵和二氯化鈷以2 1的摩爾比加入180mL乙二醇中， 電磁攪拌，油浴加熱至230°C，60分鐘后停止反應(yīng)。冷卻至室溫，將沉淀用無水乙醇離心洗滌4次，于干燥箱中80°C下6小時干燥，即得到前驅(qū)物。O) CoFii2O4 的制備管式爐中通空氣60ml/min，在30°C /min的升溫速率下，從室溫升溫到350°C下灼燒前驅(qū)物2小時，即得到單分散的目的產(chǎn)物Coi^204。
權(quán)利要求
1.一種由納米Cc^e2O4構(gòu)成的三維微納材料，為雙六角形花朵啞鈴式對聯(lián)的結(jié)構(gòu)，通過以下方法得到1)將三價鐵鹽和二價鈷鹽加入多元醇中，攪拌成為透明液體，加熱反應(yīng)后冷卻至室溫， 收集沉淀物；2)所述沉淀物用乙醇離心洗滌，干燥后得到黃綠色的鐵酸鈷前驅(qū)物；3)將上述前驅(qū)物灼燒，得到雙六角形花朵啞鈴式對聯(lián)結(jié)構(gòu)的Cc^e2O4微納結(jié)構(gòu)。
2.一種制備如權(quán)利要求1所述的由納米Cc^e2O4構(gòu)成的三維微納材料的制備方法，具體步驟為1)將三價鐵鹽和二價鈷鹽加入多元醇中，攪拌成為透明液體，再加熱至200-230°C反應(yīng)后，冷卻至室溫，收集沉淀物；所述的三價鐵鹽和二價鈷鹽在多元醇中的總摩爾濃度之和為25-35mM ； 所述的三價鐵鹽和二價鈷鹽的摩爾比為1.8-2.3 12)所述沉淀物用乙醇洗滌、干燥，得到鐵酸鈷前驅(qū)物；3)將上述前驅(qū)物置于管式爐中，通入空氣，從室溫升至350°C灼燒2-3小時，通氣速率為50 60ml/min，升溫速率為20_30°C /min，最后得到雙六角形花朵啞鈴式對聯(lián)結(jié)構(gòu)的 Coi^e2O4微納結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其中，步驟1中的攪拌是用電磁攪拌器。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其中，步驟1中的多元醇為乙二醇或丙三醇。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其中，步驟1中的加熱反應(yīng)時間為50-70分鐘。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其中，步驟2中的干燥是在60-80°C下干燥6-8小時。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其中，所述的三價鐵鹽和二價鈷鹽為鐵的強酸鹽和鈷的強酸鹽。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制備方法，其中，所述鐵的強酸鹽和鈷的強酸鹽為硝酸鐵和硝酸鈷。
全文摘要
一種由納米CoFe2O4構(gòu)成的三維微納材料，為雙六角形花朵啞鈴式對聯(lián)的結(jié)構(gòu)，通過以下方法得到1)將三價鐵鹽和二價鈷鹽加入多元醇中，攪拌成為透明液體，加熱反應(yīng)后冷卻至室溫，收集沉淀物；2)所述沉淀物用乙醇離心洗滌，干燥后得到黃綠色的鐵酸鈷前驅(qū)物；3)將上述前驅(qū)物灼燒，得到雙六角形花朵啞鈴式對聯(lián)結(jié)構(gòu)的CoFe2O4微納結(jié)構(gòu)。本發(fā)明工藝簡單易行，所得材料顆粒分布范圍窄，具有單分散性，產(chǎn)物物相單一，反應(yīng)重現(xiàn)性好。合成的材料同時具有微米結(jié)構(gòu)和納米結(jié)構(gòu)的特征和優(yōu)勢。
文檔編號B82B3/00GK102190483SQ20101011736
公開日2011年9月21日 申請日期2010年3月1日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月1日
發(fā)明者劉文彬, 蘇貴金, 賈漫珂, 鄭明輝 申請人:中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心