專利名稱：一種制備α-三氧化二鐵介觀晶體的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制備a -三氧化二鐵介觀晶體的方法，具體涉及一種制備粒徑分 布在20-30 m具有納米超結(jié)構(gòu)的a -三氧化二鐵介晶的方法，屬于功能材料制備技術(shù)領(lǐng) 域。
背景技術(shù)：
納米科技自上世紀(jì)80年代至今，仍然是科學(xué)領(lǐng)域的前沿?zé)狳c(diǎn)。在納米材料的研究 和發(fā)展過程中，人們已經(jīng)不再過于關(guān)注納米材料本身的合成，而是更多的去尋求、挖掘納米 材料各方面的應(yīng)用。由于納米材料本身尺寸很小，為10—、，而作為一個(gè)可以應(yīng)用的、具有商 業(yè)價(jià)值的器件，目前還必須將納米材料進(jìn)行組裝，成為人們可以進(jìn)行設(shè)計(jì)、操控和裁剪的體 系。所以，越來越多的研究著重于納米組裝體系，如納米陣列、介孔晶體、薄膜鑲嵌體系、生 物礦化體系等等。 介觀晶體(Mesocrystal)是近年來一個(gè)新的晶體材料概念，它的基本特征是由納 米尺度的顆粒自組裝形成的高度有序的超結(jié)構(gòu)體系，具有介觀尺寸(幾百納米至數(shù)微米)。 由于介晶的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是既有納米顆粒本身的性質(zhì)，又具有納米顆粒間的界面耦合效應(yīng)，所 以介晶材料作為一種新的納米組裝體系，將是日后科學(xué)研究的一大熱點(diǎn)，也是未來工業(yè)應(yīng) 用的希望之一。 目前關(guān)于介晶材料的報(bào)道幾乎都是關(guān)于液相制備，而且需要有機(jī)添加劑作為輔助 劑。如用兩親性的共聚物作為添加劑，得到碳酸鈣介晶(Yu，S.H. ;C6lfen，H. ;Antonietti， M. J. Phys. Chem. B 2003， 107， 7396)。從應(yīng)用角度來看，有機(jī)添加劑的存在對于功能材料而 言其實(shí)是一種雜質(zhì)，多數(shù)情況下不利于材料的物化和使用性能。同時(shí)，很多有機(jī)添加劑價(jià)格 昂貴，不利于將來大規(guī)模的應(yīng)用。 a-三氧化二鐵是一種多功能的材料，它的納米材料在電子、化工、材料、建筑和能 源等方面都有廣泛的用途。關(guān)于它的介晶報(bào)道很少，如Zhu等報(bào)道的哈密瓜形a-三氧化二 鐵介晶(Zhu， L. P. ;Xiao， H. M. ;Fu， S. Y. Cryst. Growth & Des. 2007， 7， 177)，長度為1 ii m， 寬為400-500nm。Wang等報(bào)道的雞蛋形a-三氧化二鐵介晶(Wang，D.B. ;Song，C.X. ;Zhao， Y. H. ;Yang， M. L. J. Phys. Chem. C 2008， 112， 12710)，直徑為500nm。但二者均采用水熱反 應(yīng)，不僅采用了有機(jī)添加劑，還需要較長的反應(yīng)時(shí)間，如16小時(shí)；并且所得產(chǎn)物的尺寸范圍 還比較小，僅在liim以內(nèi)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決上述制備方法需有機(jī)添加劑以及反應(yīng)時(shí)間長的問題，提 出一種制備a-三氧化二鐵介觀晶體的方法。
本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。 本發(fā)明的一種制備a -三氧化二鐵介觀晶體的方法，其具體制備步驟為 1)將濃度為0. 2 0. 3mol/L三價(jià)鐵鹽水溶液與沉淀劑加入到反應(yīng)器中進(jìn)行反應(yīng)，攪拌，反應(yīng)溫度為60 90°C ，得到混合物； 2)將步驟1)得到的混合物過濾，并將濾餅進(jìn)行洗滌、干燥，得到前驅(qū)物氫氧化鐵；
3)將步驟2)得到的前驅(qū)物氫氧化鐵與鹵化銨混合研磨，研磨20 30分鐘，然后 將混合物在馬弗爐中進(jìn)行熱處理，馬弗爐的溫度350 100(TC，時(shí)間為0. 5 6小時(shí)，獲得
由納米三氧化二鐵顆粒組裝而成的a-三氧化二鐵介晶。 上述的步驟1)中的沉淀劑為氫氧化鈉溶液、氫氧化鉀溶液或氨水中的一種，沉淀
劑的濃度為1.4 1.6mol/L，三價(jià)鐵鹽水溶液與沉淀劑的溶質(zhì)摩爾比1 : 3. 5 4; 上述步驟2)中對濾餅進(jìn)行洗滌時(shí)采用蒸餾水和無水乙醇交替洗滌； 上述的步驟3)中鹵化銨優(yōu)選為溴化銨或氯化銨； 上述的步驟3)中前驅(qū)物氫氧化鐵與鹵化銨的質(zhì)量比為1 : 1 15。 利用上述方法得到的介晶三氧化二鐵具有三維納米超結(jié)構(gòu)，介晶尺寸范圍為
20-30iim。 有益效果 本發(fā)明的方法操作步驟簡單，成本低，前驅(qū)物制備過程中產(chǎn)生的副產(chǎn)物為各種無 機(jī)鹽的水溶液，其中的氯化銨可進(jìn)行回收再利用；本發(fā)明沒有采用任何有機(jī)添加劑，避免了 有機(jī)物在介晶中形成雜質(zhì)相；所得產(chǎn)物的尺寸比之前報(bào)道的結(jié)果大了一個(gè)數(shù)量級；本發(fā)明 的方法是在高溫?zé)崽幚硐碌玫骄哂腥S納米超結(jié)構(gòu)的產(chǎn)物，在制備納米顆粒陶瓷方面具有 極大的潛力。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例3所得到的a -
圖2為本發(fā)明實(shí)施例3所得到的a _
圖3為本發(fā)明實(shí)施例3所得到的a -
三氧化二鐵介晶的X射線衍射圖； 三氧化二鐵介晶的低倍掃描電鏡照片； 三氧化二鐵介晶表面的高倍掃描電鏡照片。
具體實(shí)施例方式
以下是通過具體的實(shí)施例對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步描述，是對本發(fā)明的進(jìn)一
步說明，而不是限制本發(fā)明的范圍。 實(shí)施例1 1)將5. 4g的FeCl3 6H20和75ml蒸餾水加入到200ml的燒杯中，攪拌并加熱到
80°C ; 2)將3. 0g氫氧化鈉和50ml蒸餾水加入到80ml的燒杯中，得到氫氧化鈉水溶液；
3)將步驟2)中的氫氧化鈉水溶液加入到步驟1)的氯化鐵水溶液中，攪拌，有紅 棕色的沉淀產(chǎn)生，20分鐘后用布氏漏斗過濾，將得到的濾餅用蒸餾水和無水乙醇交替洗滌 4次，然后將濾餅在6(TC下常壓干燥6小時(shí)，得到前驅(qū)物氫氧化鐵； 4)將步驟3)得到的前驅(qū)物氫氧化鐵與氯化銨按照質(zhì)量比為1 : 1進(jìn)行混合，并將 混合物于瑪瑙研缽中研磨20分鐘，然后將混合物放入氧化鋁坩鍋中，一起放入馬弗爐內(nèi)， 35(TC下熱處理0. 5小時(shí)，隨爐冷卻，最后得到由納米三氧化二鐵顆粒組裝而成的a _三氧 化二鐵介晶，介晶尺寸范圍為20-30 ym。
實(shí)施例2
4
1)將8. 08g的Fe (N03) 3 *9H20和75ml蒸餾水加入到200ml的燒杯中，攪拌并加熱 到70°C ; 2)將4. 0g氫氧化鉀和50ml蒸餾水加入到80ml的燒杯中，得到氫氧化鉀水溶液；
3)將步驟2)中的氫氧化鉀水溶液加入到步驟1)的硝酸鐵水溶液中，攪拌，有紅 棕色的沉淀產(chǎn)生，20分鐘后用布氏漏斗過濾，將得到的濾餅用蒸餾水和無水乙醇交替洗滌 4次，然后將濾餅在6(TC下常壓干燥6小時(shí)，得到前驅(qū)物氫氧化鐵； 4)將步驟3)得到的前驅(qū)物氫氧化鐵與溴化銨按照質(zhì)量比為1 : 3進(jìn)行混合，并將 混合物于瑪瑙研缽中研磨20分鐘，然后將混合物放入氧化鋁坩鍋中，一起放入馬弗爐內(nèi)， 45(TC下熱處理2小時(shí)，隨爐冷卻，最后得到由納米三氧化二鐵顆粒組裝而成的a -三氧化 二鐵介晶，介晶尺寸范圍為20-30 i！ m。
實(shí)施例3 1)將5. 4g的FeCl3 6H20和75ml蒸餾水加入到200ml的燒杯中，攪拌并加熱到
80°C ; 2)用50ml的量筒量取25ml的濃氨水(體積分?jǐn)?shù)28% )，在攪拌狀態(tài)下緩緩加入 到盛有25ml蒸餾水的80ml燒杯，直至形成均勻的氨水溶液； 3)將步驟2)中的氨水溶液加入到步驟1)的氯化鐵水溶液中，攪拌，有紅棕色的沉 淀產(chǎn)生，20分鐘后用布氏漏斗過濾，將得到的濾餅用蒸餾水和無水乙醇交替洗滌4次，然后 將濾餅在6(TC下常壓干燥6小時(shí)，得到前驅(qū)物氫氧化鐵； 4)將步驟3)得到的前驅(qū)物氫氧化鐵與氯化銨按照質(zhì)量比為1 : 3進(jìn)行混合，并將 混合物于瑪瑙研缽中研磨20分鐘，然后將混合物放入氧化鋁坩鍋中，一起放入馬弗爐內(nèi)， 50(TC下熱處理2小時(shí)，隨爐冷卻，最后得到由納米三氧化二鐵顆粒組裝而成的a -三氧化 二鐵介晶，介晶尺寸范圍為20-30 ii m。
實(shí)施例4 1)將5. 4g的FeCl3 6H20和75ml蒸餾水加入到200ml的燒杯中，攪拌并加熱到 90°C ; 2)用50ml的量筒量取25ml的濃氨水(體積分?jǐn)?shù)28% )，在攪拌狀態(tài)下緩緩加入 到盛有25ml蒸餾水80ml的燒杯，直至形成均勻的氨水溶液； 3)將步驟2)中的氨水溶液加入到步驟1)的氯化鐵水溶液中，攪拌，有紅棕色的沉 淀產(chǎn)生，20分鐘后用布氏漏斗過濾，將得到的濾餅用蒸餾水和無水乙醇交替洗滌4次，然后 將濾餅在6(TC下常壓干燥6小時(shí)，得到前驅(qū)物氫氧化鐵； 4)將步驟3)得到的前驅(qū)物氫氧化鐵與溴化銨按照質(zhì)量比為1 : 12進(jìn)行混合， 并將混合物于瑪瑙研缽中研磨20分鐘，然后將混合物放入氧化鋁坩鍋中，一起放入馬弗爐 內(nèi)，50(TC下熱處理4小時(shí)，隨爐冷卻，最后得到由納米三氧化二鐵顆粒組裝而成的a -三氧 化二鐵介晶，介晶尺寸范圍為20-30 ii m。
實(shí)施例5 1)將8. 08g的Fe (N03) 3 *9H20和75ml蒸餾水加入到200ml的燒杯中，攪拌并加熱 到90°C ; 2)將4. Og氫氧化鉀和50ml蒸餾水加入到80ml的燒杯中，得到氫氧化鉀水溶液；
3)將步驟2)中的氫氧化鉀水溶液加入到步驟1)的硝酸鐵水溶液中，攪拌，有紅
5棕色的沉淀產(chǎn)生，20分鐘后用布氏漏斗過濾，將得到的濾餅用蒸餾水和無水乙醇交替洗滌 4次，然后將濾餅在6(TC下常壓干燥6小時(shí)，得到前驅(qū)物氫氧化鐵； 4)將步驟3)得到的前驅(qū)物氫氧化鐵與氯化銨按照質(zhì)量比為1 : 12進(jìn)行混合， 并將混合物于瑪瑙研缽中研磨20分鐘，然后將混合物放入氧化鋁坩鍋中，一起放入馬弗爐 內(nèi)，90(TC下熱處理1小時(shí)，隨爐冷卻，最后得到由納米三氧化二鐵顆粒組裝而成的a -三氧 化二鐵介晶，介晶尺寸范圍為20-30 ii m。
實(shí)施例6 1)將5. 4g的FeCl3 6H20和75ml蒸餾水加入到200ml的燒杯中，滴加幾滴濃硫 酸促進(jìn)溶解，攪拌并加熱到7(TC ; 2)將3. Og氫氧化鈉和50ml蒸餾水加入到80ml的燒杯中，得到氫氧化鈉水溶液；
3)將步驟2)中的氫氧化鈉水溶液加入到步驟1)的氯化鐵水溶液中，攪拌，有紅 棕色的沉淀產(chǎn)生，20分鐘后用布氏漏斗過濾，將得到的濾餅用蒸餾水和無水乙醇交替洗滌 4次，然后將濾餅在6(TC下常壓干燥6小時(shí)，得到前驅(qū)物氫氧化鐵； 4)將步驟3)得到的前驅(qū)物氫氧化鐵與溴化銨按照質(zhì)量比為1 : 9進(jìn)行混合，并將 混合物于瑪瑙研缽中研磨20分鐘，然后將混合物放入氧化鋁坩鍋中，一起放入馬弗爐內(nèi)， 60(TC下熱處理3小時(shí)，隨爐冷卻，最后得到由納米三氧化二鐵顆粒組裝而成的a -三氧化 二鐵介晶，介晶尺寸范圍為20-30 ii m。
實(shí)施例7 1)將8. Og的Fe2 (S04) 3和75ml蒸餾水加入到200ml的燒杯中，滴加幾滴濃硫酸促 進(jìn)溶解，攪拌并加熱到8(TC ; 2)將4. Og氫氧化鉀和50ml蒸餾水加入到80ml的燒杯中，得到氫氧化鉀水溶液；
3)將步驟2)中的氫氧化鉀水溶液加入到步驟1)的硫酸鐵水溶液中，攪拌，有紅 棕色的沉淀產(chǎn)生，20分鐘后用布氏漏斗過濾，將得到的濾餅用蒸餾水和無水乙醇交替洗滌 4次，然后將濾餅在6(TC下常壓干燥6小時(shí)，得到前驅(qū)物氫氧化鐵； 4)將步驟3)得到的前驅(qū)物氫氧化鐵與氯化銨按照質(zhì)量比為1 : 5進(jìn)行混合，并將 混合物于瑪瑙研缽中研磨20分鐘，然后將混合物放入氧化鋁坩鍋中，一起放入馬弗爐內(nèi)， 70(TC下熱處理0. 5小時(shí)，隨爐冷卻，最后得到由納米三氧化二鐵顆粒組裝而成的a _三氧 化二鐵介晶，介晶尺寸范圍為20-30 ym。
實(shí)施例8 1)將8. 08g的Fe (N03) 3 *9H20和75ml蒸餾水加入到200ml的燒杯中，攪拌并加熱 到90°C ; 2)用50ml的量筒量取25ml的濃氨水(體積分?jǐn)?shù)28% )，在攪拌狀態(tài)下緩緩加入 到盛有25ml蒸餾水80ml的燒杯，直至形成均勻的氨水溶液； 3)將步驟2)中的氨水溶液加入到步驟1)的硝酸鐵水溶液中，攪拌，有紅棕色的沉 淀產(chǎn)生，20分鐘后用布氏漏斗過濾，將得到的濾餅用蒸餾水和無水乙醇交替洗滌4次，然后 將濾餅在6(TC下常壓干燥6小時(shí)，得到前驅(qū)物氫氧化鐵； 4)將步驟3)得到的前驅(qū)物氫氧化鐵與氯化銨按照質(zhì)量比為1 : 1進(jìn)行混合，并將 混合物于瑪瑙研缽中研磨20分鐘，然后將混合物放入氧化鋁坩鍋中，一起放入馬弗爐內(nèi)， 90(TC下熱處理2小時(shí)，隨爐冷卻，最后得到由納米三氧化二鐵顆粒組裝而成的a -三氧化二鐵介晶，介晶尺寸范圍為20-30 m。
實(shí)施例9 1)將8. 0g的Fe2 (S04) 3和75ml蒸餾水加入到200ml的燒杯中，滴加幾滴濃硫酸促 進(jìn)溶解，攪拌并加熱到8(TC ; 2)將3. 0g氫氧化鈉和50ml蒸餾水加入到80ml的燒杯中，得到氫氧化鈉水溶液；
3)將步驟2)中的氫氧化鈉水溶液加入到步驟1)的硫酸鐵水溶液中，攪拌，有紅 棕色的沉淀產(chǎn)生，20分鐘后用布氏漏斗過濾，將得到的濾餅用蒸餾水和無水乙醇交替洗滌 4次，然后將濾餅在6(TC下常壓干燥6小時(shí)，得到前驅(qū)物氫氧化鐵； 4)將步驟3)得到的前驅(qū)物氫氧化鐵與溴化銨按照質(zhì)量比為1 : 3進(jìn)行混合，并將 混合物于瑪瑙研缽中研磨20分鐘，然后將混合物放入氧化鋁坩鍋中，一起放入馬弗爐內(nèi)， 70(TC下熱處理4小時(shí)，隨爐冷卻，最后得到由納米三氧化二鐵顆粒組裝而成的a -三氧化 二鐵介晶，介晶尺寸范圍為20-30 i！ m。
權(quán)利要求
一種制備α-三氧化二鐵介觀晶體的方法，其特征在于其具體制備步驟為1)將三價(jià)鐵鹽水溶液與沉淀劑加入到反應(yīng)器中進(jìn)行反應(yīng)，攪拌，反應(yīng)溫度為60～90℃，得到混合物；沉淀劑為氫氧化鈉溶液、氫氧化鉀溶液或氨水中的一種；2)將步驟1)得到的混合物過濾，并將濾餅進(jìn)行洗滌、干燥，得到前驅(qū)物氫氧化鐵；3)將步驟2)得到的前驅(qū)物氫氧化鐵與鹵化銨混合研磨，然后將混合物在馬弗爐中進(jìn)行熱處理，馬弗爐的溫度350～1000℃，時(shí)間為0.5～6小時(shí)，獲得由納米三氧化二鐵顆粒組裝而成的α-三氧化二鐵介晶。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備a-三氧化二鐵介觀晶體的方法，其特征在于步 驟1)中三價(jià)鐵鹽水溶液的濃度為0. 2 0. 3mol/L。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種制備a-三氧化二鐵介觀晶體的方法，其特征在于步 驟1)中沉淀劑的濃度為1. 4 1. 6mol/L。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備a-三氧化二鐵介觀晶體的方法，其特征在于步 驟1)中三價(jià)鐵鹽水溶液與沉淀劑的溶質(zhì)摩爾比1 : 3. 5 4。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備a-三氧化二鐵介觀晶體的方法，其特征在于步 驟2)中對濾餅進(jìn)行洗滌時(shí)采用蒸餾水和無水乙醇交替洗滌。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備a-三氧化二鐵介觀晶體的方法，其特征在于步 驟3)中前驅(qū)物氫氧化鐵與鹵化銨混合研磨的時(shí)間為20 30分鐘。
7. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種制備a-三氧化二鐵介觀晶體的方法，其特征在于步 驟3)中鹵化銨優(yōu)選為溴化銨或氯化銨。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備a-三氧化二鐵介觀晶體的方法，其特征在于步 驟3)中前驅(qū)物氫氧化鐵與鹵化銨的質(zhì)量比為1 : 1 15。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種制備α-三氧化二鐵介觀晶體的方法，具體涉及一種制備粒徑分布在20-30μm具有納米超結(jié)構(gòu)的α-三氧化二鐵介晶的方法，屬于功能材料制備技術(shù)領(lǐng)域。將三價(jià)鐵鹽水溶液與沉淀劑加入到反應(yīng)器中進(jìn)行反應(yīng)，攪拌，過濾、洗滌、干燥，得到的前驅(qū)物氫氧化鐵與鹵化銨混合研磨，然后熱處理得α-三氧化二鐵介晶。本發(fā)明的方法操作步驟簡單，成本低，前驅(qū)物制備過程中產(chǎn)生的副產(chǎn)物為各種無機(jī)鹽的水溶液，沒有采用任何有機(jī)添加劑，避免了有機(jī)物在介晶中形成雜質(zhì)相；所得產(chǎn)物的尺寸比之前報(bào)道的結(jié)果大了一個(gè)數(shù)量級；本發(fā)明是在高溫?zé)崽幚硐碌玫骄哂腥S納米超結(jié)構(gòu)的產(chǎn)物，在制備納米顆粒陶瓷方面具有極大的潛力。
文檔編號C01G49/06GK101786669SQ201010133108
公開日2010年7月28日 申請日期2010年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月26日
發(fā)明者姚銳敏, 曹傳寶 申請人:北京理工大學(xué)