專利名稱：一種三維花狀結構α型三氧化二鐵的制備方法
技術領域：
本發明涉及一種無機非金屬材料三氧化二鐵，尤其是涉及一種三維花狀結構α型三氧化二鐵的制備方法。
背景技術：
α型三氧化二鐵是一種重要的金屬氧化物，具有η型半導體的特性，其帶隙寬度為2. 2eV在可見光區具有很強的吸收，加之成本低廉，使其在閃光涂料、塑料、電子、磁記錄材料、催化劑以及生物醫學工程等方面有廣泛的應用。另外，由于其具較高的氣敏性，三氧化二鐵還可用于檢測空氣中的可燃氣體和有毒氣體。材料的尺寸、形貌、結構對其相關的性能有較大的影響。制備具特定結構的三氧化 二鐵及研究其相關性能和應用已成為目前較為活躍的研究領域。相關文獻報道了不同維度、形貌和結構的三氧化二鐵，如納米棒、納米管、納米環、空心微球等。大多數已公開的文獻報道都集中在三氧化二鐵單體形貌的調控，而通過單體自組裝形成復雜的組裝體則較少涉及。由于很多組裝體表現出與組裝單元截然不同的性質，因此研究復雜的組裝體對于拓寬材料的應用領域十分必須。

發明內容
本發明的目的旨在提供一種三維花狀結構α型三氧化二鐵的制備方法，該三維花狀結構是由二維花瓣狀三氧化二鐵經自組裝過程獲得。該方法制備出來的顆粒分散性好，尺寸分布均一且具有優越的磁性能。本發明采用鐵氰化鉀為起始原料，通過水熱反應，在一定的溫度及時間下制備得到三維花狀結構α型三氧化二鐵，該三維花狀結構是由二維花瓣狀三氧化二鐵經自組裝過程獲得，具有比單體更大的比表面積。該方法條件溫和，工藝簡單，合成的顆粒尺寸均一，分布均勻，且具有優越的磁性能。本發明包括以下步驟I)分別配制鐵氰化鉀溶液和氫氧化鈉溶液再混合，得混合液；2)在液中加入尿素，得淡黃色澄清溶液；3)將步驟2)所得的淡黃色澄清溶液轉移至反應釜中，密封并升溫反應，產物冷卻至室溫后，將釜底沉淀物離心分離后洗滌，干燥，即得三維花狀α型三氧化二鐵。在步驟I)中，所述鐵氰化鉀溶液和氫氧化鈉溶液混合，可以是兩者等體積混合；所述混合液中鐵氰化鉀的摩爾濃度可為O. 05、. 10Μ，氫氧化鈉的摩爾濃度可為O. 10 0· 15Μ。在步驟2)中，所述尿素的摩爾濃度可為O. 16^0. 32Μ。在步驟3)中，所述升溫反應的條件可為在密封條件下，升溫至180°C反應；反應的時間可為12 24h ；所述洗滌，可依次采用無水乙醇和去離子水洗滌至少I次；所述干燥的溫度可為6(T80°C，干燥的時間可為8 12h。本發明所制得的三維花狀結構a型三氧化二鐵具有產量大，分散性好，尺寸分布均一，磁性能優越等特點。同時，本發明中涉及的三維花狀結構a型三氧化二鐵是由二維花瓣狀三氧化二鐵經自組裝過程獲得的，其性質不同于組裝單元。


圖I為實施例I制備的三維花狀結構a型三氧化二鐵的X射線衍射譜圖。在圖I中，橫坐標為衍射角2 0 (deg.)，縱坐標為衍射強度Intensity (a. u.);從左至右，衍射峰依次為 012，104，110,202,024,116，122,214,300,1010 晶面。圖2為實施例I制備的三維花狀結構a型三氧化二鐵的掃描電鏡圖片。在圖2中，(a)標尺為I U m ； (b)標尺為20nm ； (c)標尺為IOnm,晶格間距d為0. 27nm。 圖3為實施例I制備的三維花狀結構a型三氧化二鐵的透射電鏡圖片。在圖3中，Ca)為低倍率，標尺為3iim ;(b)為高倍率，標尺為I U m。圖4為實施例I制備的三維花狀結構a型三氧化二鐵的磁滯回線圖。在圖4中，橫坐標為外加磁場H (Oe),縱坐標為飽和磁化量M (emu/g)。圖5為實施例I制備的三維花狀結構a型三氧化二鐵在不同階段的形貌示意圖。
具體實施例方式實施例I :(I)稱取0. 33g (約Immol)的鐵氰化鉀，將其溶于IOmL的去離子水中，攪拌使其充分溶解；配制IOmL 0. 12g (3mmol)的氫氧化鈉溶液，并將其與鐵氰化鉀溶液混勻。混合液中鐵氰化鉀的濃度為0. 05M，氫氧化鈉的濃度為0. 15M。(2)往混合液中加入0. 384g (約6. 4mmol)的尿素，攪拌使其充分溶解,得淡黃色澄清溶液。混合液中尿素的濃度為0. 32M。(3)將上述黃色澄清溶液轉移至容量為50mL的聚四氟乙烯內襯的不銹鋼反應釜中，密封并升溫至180°C保溫12h。(4)待反應完全后自然冷卻至室溫，將釜底沉淀物離心分離，并用無水乙醇及去離子水洗滌2 3次，將所得產物置于60°C干燥12h，即得尺寸約為5 ii m的三維花狀結構的
a型三氧化二鐵。圖I為該實施例條件下制備的產物的X射線衍射譜圖。將圖I中的主要衍射峰所對應的晶面間距和衍射峰相對強度與PDF卡片24-0072號一一比對，可確定該產物為純凈的a-Fe2O3赤鐵礦。圖2為該實施例條件下制備的產物的掃描電鏡形貌圖。由圖2可見，制備的a-Fe2O3顆粒分散性良好，大小約為reym。高倍率下的掃描電鏡圖可見所得的花狀結構是由諸多類似花瓣的板狀結構自組裝而成，微板尺寸約為2 iim，厚度在300nm左右。圖3為該實施例條件下制備的產物的透射電鏡形貌圖。由圖3可見，制備的單個花狀結構的a -Fe2O3顆粒大小約為5 u m。高分辨像觀察到的晶格間距為0. 27nm,對應于a -Fe2O3顆粒的(104)晶面。圖4為該實施例條件下制備的產物的磁滯回線圖。由圖4可見，制備的a-Fe203顆粒的剩磁和矯頑力分別為O. 047emu/g和1415. 360e。圖5為該實施例條件下制備的產物在不同階段形貌的示意圖。由圖5可見，制備的三維花狀結構的三氧化二鐵是由二維花瓣狀三氧化二鐵經自組裝過程獲得的。實施例2 (I)稱取O. 33g (約Immol)的鐵氰化鉀，將其溶于IOmL的去離子水中，攪拌使其充分溶解；配制IOmL O. 08g (2mmol)的氫氧化鈉溶液，并將其與鐵氰化鉀溶液混勻。混合液中鐵氰化鉀的濃度為O. 05M，氫氧化鈉的濃度為O. IOM0(2)同實施例I。(3)上述黃色澄清溶液轉移至容量為50mL的聚四氟乙烯內襯的不銹鋼反應釜中，密封并升溫至180°C保溫16h。
(4)同實施例I。實施例3 (I)同實施例I。(2)往混合液中加入O. 192g (約3. 2mmol)的尿素，攪拌使其充分溶解,得淡黃色澄清溶液。混合液中尿素的濃度為O. 16M。(3)將上述黃色澄清溶液轉移至容量為50mL的聚四氟乙烯內襯的不銹鋼反應釜中，密封并升溫至180°C保溫16h。(4)同實施例I。實施例4 (I)同實施例I。(2)往混合液中加入O. 288g (4. 8mmol)的尿素，攪拌使其充分溶解，得淡黃色澄清溶液。混合液中尿素的濃度為O. 24M。(3)同實施例I。(4)待反應完全后自然冷卻至室溫，將釜底沉淀物離心分離，并用無水乙醇及去離子水洗滌2 3次，將所得產物置于60°C干燥10h。
權利要求
1.一種三維花狀結構α型三氧化二鐵的制備方法，其特征在于包括以下步驟 O分別配制鐵氰化鉀溶液和氫氧化鈉溶液再混合，得混合液； 2)在液中加入尿素，得淡黃色澄清溶液； 3)將步驟2)所得的淡黃色澄清溶液轉移至反應釜中，密封并升溫反應，產物冷卻至室溫后，將釜底沉淀物離心分離后洗滌，干燥，即得三維花狀α型三氧化二鐵。
2.如權利要求I所述的一種三維花狀結構α型三氧化二鐵的制備方法，其特征在于在步驟I)中，所述鐵氰化鉀溶液和氫氧化鈉溶液混合，是兩者等體積混合。
3.如權利要求I所述的一種三維花狀結構α型三氧化二鐵的制備方法，其特征在于在步驟I)中，所述混合液中鐵氰化鉀的摩爾濃度為O. 05、. 10Μ，氫氧化鈉的摩爾濃度為O.10 0· 15Μ。
4.如權利要求I所述的一種三維花狀結構α型三氧化二鐵的制備方法，其特征在于在步驟2)中，所述尿素的摩爾濃度為O. 16^0. 32Μ。
5.如權利要求I所述的一種三維花狀結構α型三氧化二鐵的制備方法，其特征在于在步驟3)中，所述升溫反應的條件為在密封條件下，升溫至180°C反應；反應的時間為12 24h。
6.如權利要求I所述的一種三維花狀結構α型三氧化二鐵的制備方法，其特征在于在步驟3)中，所述洗滌，是依次采用無水乙醇和去離子水洗滌至少I次。
7.如權利要求I所述的一種三維花狀結構α型三氧化二鐵的制備方法，其特征在于在步驟3)中，所述干燥的溫度為6(T80°C，干燥的時間為8 12h。
全文摘要
一種三維花狀結構α型三氧化二鐵的制備方法，涉及一種無機非金屬材料三氧化二鐵。提供一種三維花狀結構α型三氧化二鐵的制備方法，該三維花狀結構是由二維花瓣狀三氧化二鐵經自組裝過程獲得。該方法制備出來的顆粒分散性好，尺寸分布均一且具有優越的磁性能。1)分別配制鐵氰化鉀溶液和氫氧化鈉溶液再混合，得混合液；2)在液中加入尿素，得淡黃色澄清溶液；3)將步驟2)所得的淡黃色澄清溶液轉移至反應釜中，密封并升溫反應，產物冷卻至室溫后，將釜底沉淀物離心分離后洗滌，干燥，即得三維花狀α型三氧化二鐵。
文檔編號B82Y30/00GK102826612SQ20121036290
公開日2012年12月19日 申請日期2012年9月24日 優先權日2012年9月24日
發明者王周成, 梁漢鋒 申請人:廈門大學