一種離子液體輔助微波輻射法合成鐵酸錳納米線材料的合成方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種離子液體輔助微波輻射法合成鐵酸錳納米線材料的合成方法，制備過程以氯化亞鐵、硝酸錳、草酸為反應(yīng)原材料，蒸餾水為溶劑，三己基十四烷基氯化膦([P6，6，6，14][Cl])離子液體為輔助微波輻射的重要結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑，采用離子液體輔助微波輻射法可控制備鐵酸錳納米線材料。所得鐵酸錳MnFeO3材料形貌為納米線的直徑為80～200納米，長度為10～20微米。微波輻射合成工藝具有反應(yīng)時間短、工藝簡單、節(jié)能高效、實驗參數(shù)易調(diào)控、產(chǎn)物一維結(jié)構(gòu)優(yōu)異的特征，為將該方法應(yīng)用到電化學(xué)、催化材料、生物醫(yī)藥、永磁材料、光電子學(xué)領(lǐng)域，并顯著提升材料的性能而開創(chuàng)良好條件。
【專利說明】一種離子液體輔助微波輻射法合成鐵酸錳納米線材料的合成方法
[0001]【【技術(shù)領(lǐng)域】】:本發(fā)明屬于無機納米材料制備【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是涉及一種離子液體輔助微波輻射法合成鐵酸錳納米線材料的合成方法。
[0002]【【背景技術(shù)】】:鐵酸錳納米材料是無機化合物材料體系中的重要組成部分，其因含有晶體結(jié)構(gòu)特殊的而在電化學(xué)、催化材料、生物醫(yī)藥、永磁材料、光電子學(xué)等重要功能領(lǐng)域展現(xiàn)光明的應(yīng)用前景，已經(jīng)成為納米科學(xué)的研究熱點之一。
[0003]近年來，鐵酸錳材料的微觀結(jié)構(gòu)控制與性能研究已步入快速發(fā)展階段。特別地，鐵酸錳納米材料因具有獨特的尖晶石型鐵氧體晶體結(jié)構(gòu)特性，而在傳感器制備、催化氧化、鋰離子電池及超級電容器方面具有光明的應(yīng)用前景。但就材料合成而言，通常采用高溫固相法、機械球磨法、溶膠-凝膠法、共沉淀法、電紡絲法、水熱法、微乳法等(SafontsevaNY,Nikiforov IY.Phys.Solid State2001,43,61 ；Sun SH, Zeng H, Robinson DB.J.Am.Chem.Soc.2004,126, 273 ；ffang X，Zhuang J, Peng Q, et al.Nature2005,437,121 ；Zhang GY,Li CS, Chen J, et al.Sensors ActuatorsB.2007, 120,403 ；Jia X, Chen DR, Jiao XL,et al.J.Phys.Chem.C2008,112,911 ；Zhen L, He K, Xu CY, J.Magn.Magn.Mater2008,320,2672 ；ffang J, Chen QW，Hou BY, et al.Eur.J.1norg.Chem.2004,1165 ；Ju YW, Park JH,Jung HR, et al.Compos.Sc1.Technol.2008,68,1704 ；Lee Y, Lee J, Bae CJ, et al.Adv.Funct.Mater.2005,15, 503 ;Ding, J, McCormick, P.G., Street, R., J.Magn.Magn.Mater.,1997，171 (3)，309-314)，其主要問題在于這些常規(guī)工藝在快速合成尺寸均一、形貌規(guī)整的特定維度鐵酸錳納米材料方面還存在一定技術(shù)難度，尤其是較少文獻涉及采用離子液體輔助微波輻射法，高效可控制備具有一維結(jié)構(gòu)的鐵酸錳納米線材料。與上述傳統(tǒng)合成手段相t匕，離子液體輔助微波輻射法在鐵酸錳納米線合成方面展現(xiàn)一定優(yōu)勢，其是通過輻射、對流、傳導(dǎo)三種綜合作用由表及里快速傳熱，使鐵酸錳納米線晶核在電磁場中因介質(zhì)損耗而產(chǎn)生介電加熱效應(yīng)(Yuan LY, Xu C，Peng J，Xu L，Zhai ML, Li JQ, Wei GS, Shen XH.DaltonTrans.，2009，7873-7875 `；Yang LX, Zhu YJ, Wang Wff, Tong H, Ruan ML.J.Phys.Chem.B,2006，110，6609-6614 ;Antonietti M, Kuang DB, Smarsly B, Zhou Y.Angew.Chem., Int.Ed.，2004，43，4988-4922.)。目前，鐵酸錳材料極難高效合成納米材料的核心科學(xué)問題是反應(yīng)過程中成核和生長速率過快，且不能按照晶體結(jié)構(gòu)習(xí)性導(dǎo)向材料生長方向。因此，針對現(xiàn)有制備技術(shù)的不足，本發(fā)明專利提供一種離子液體輔助微波輻射法合成鐵酸錳納米線材料的合成方法，以蒸餾水為溶劑，采用三己基十四烷基氯化膦([P6，6，6，14] [Cl])離子液體
(一丨輔助微波輻射法高效合成出鐵酸錳超長納米線材料。其特點在于:三己基
十四烷基氯化膦([P6，6，6，14] [Cl])離子液體為輔助微波輻射的重要結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑，其離子液體在一維納米材料的生長和物相控制發(fā)揮了重要作用，其可優(yōu)化反應(yīng)歷程實現(xiàn)目標產(chǎn)物物相的合成目的；微波輻射合成工藝具有反應(yīng)時間短、工藝簡單、節(jié)能高效、實驗參數(shù)易調(diào)控、產(chǎn)物一維結(jié)構(gòu)優(yōu)異等突出優(yōu)勢，此外該技術(shù)路線為探索鐵酸錳納米線材料微觀形貌與應(yīng)用性質(zhì)之間的內(nèi)在關(guān)系奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。
[0004]【
【發(fā)明內(nèi)容】
】:本發(fā)明專利的內(nèi)容在于提供一種離子液體輔助微波輻射法合成鐵酸錳納米線材料的合成方法，其特點在于以蒸餾水為溶劑，采用三己基十四烷基氯化膦([P6，6，6，14] [Cl])離子液體輔助微波輻射法高效合成出鐵酸錳超長納米線材料，本發(fā)明專利的實質(zhì)性特點和創(chuàng)新性是:微波輻射合成工藝具有反應(yīng)時間短、工藝簡單、節(jié)能高效、實驗參數(shù)易調(diào)控、產(chǎn)物一維結(jié)構(gòu)優(yōu)異等突出優(yōu)勢，此外該技術(shù)路線為探索鐵酸錳納米線材料微觀形貌與應(yīng)用性質(zhì)之間的內(nèi)在關(guān)系奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。
[0005]【本發(fā)明的技術(shù)方案】:本發(fā)明專利涉及一種離子液體輔助微波輻射法合成鐵酸錳納米線材料的合成方法，制備過程中以氯化亞鐵、硝酸錳、草酸為反應(yīng)原材料，反應(yīng)原料均為分析純，蒸餾水為溶劑，三己基十四烷基氯化膦([P6，6，6，14] [Cl])離子液體為輔助微波輻射的重要結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑，采用離子液體輔助微波輻射法可控制備鐵酸錳納米線材料，包括以下步驟:
[0006]第一、在室溫下，準確稱取0.0994克氯化亞鐵(FeCl2.4Η20)固體，并加入10毫升蒸餾水，配制摩爾濃度為0.0500摩爾/升的氯化亞鐵溶液；稱量0.1800克草酸(C2H2O4)倒入氯化亞鐵溶液中，充分攪拌25分鐘直至完全溶解；
[0007]第二、量取0.0005摩爾的硝酸錳Mn (NO3)2溶液，然后將其溶解在10毫升蒸餾水和2毫升三己基十四烷基氯化膦([Ρ6，6，6，14] [Cl])離子液體的混合溶液體系中；
[0008]第三、將上述兩種溶液均勻混合并強力攪拌20分鐘，再置于帶有回流裝置的常壓微波輻射反應(yīng)器中在反應(yīng)溫度100°c下加熱75分鐘；微波反應(yīng)器的型號為MideaPJ21C-AU、反應(yīng)加熱時功率:700W、微波輻射頻率:2450MHz ；
[0009]第四、待離子液體輔助微波輻射反應(yīng)結(jié)束，將制備的懸濁液自然冷卻至室溫后，使用高速離心機在9000轉(zhuǎn)/分鐘`的轉(zhuǎn)速下離心分離，且使用蒸餾水、乙醇反復(fù)洗滌潤洗10次，再于80°C下恒溫干燥24小時，即可獲得鐵酸錳納米線材料。
[0010]所述鐵酸錳樣品經(jīng)過Hitachi s-4800掃描電鏡分析其為超長納米線，其中納米線的直徑為80~200納米，長度為10~20微米；經(jīng)Rigaku D/Max2500PC X射線衍射分析表明，所得產(chǎn)物的物相為MnFeO3，其對應(yīng)的PDF卡片號為75-1573，空間群為1213 (n0.199)，晶胞參數(shù)a:9.35 A。
[0011]【本發(fā)明的優(yōu)點及效果】:本發(fā)明專利一種離子液體輔助微波輻射法合成鐵酸錳納米線材料的合成方法，具有以下優(yōu)點及有益效果:1、以氯化亞鐵、硝酸錳、草酸為反應(yīng)原材料，其反應(yīng)原料價廉易得，滿足低成本、高效規(guī)模制備需求；2、以蒸餾水為溶劑，三己基十四烷基氯化膦([P6，6，6，14] [Cl])離子液體為輔助微波輻射的重要結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑，此離子液體對一維納米材料的生長發(fā)揮了重要作用；3、微波輻射合成工藝具有反應(yīng)時間短、工藝簡單、節(jié)能高效、實驗參數(shù)易調(diào)控、產(chǎn)物一維結(jié)構(gòu)優(yōu)異的特征；4、為將該方法合成材料應(yīng)用到電化學(xué)、催化材料、生物醫(yī)藥、永磁材料、光電子學(xué)領(lǐng)域，并顯著提升材料的性能而開創(chuàng)良好條件。
【【專利附圖】

【附圖說明】】:
[0012]圖1為離子液體輔助微波輻射法合成反應(yīng)設(shè)備結(jié)構(gòu)圖
[0013]圖2為合成鐵酸錳樣品的X射線衍射分析譜圖[0014]圖3為合成鐵酸錳樣品的鐵酸錳納米線的掃描電子顯微鏡(SEM)圖
[0015]圖4為合成鐵酸錳樣品的鐵酸錳納米片的掃描電子顯微鏡(SEM)圖
[0016]圖5為合成鐵酸錳樣品的鐵酸錳納米顆粒的掃描電子顯微鏡(SEM)圖
【【具體實施方式】】:
[0017]實施例1:離子液體輔助微波輻射法合成鐵酸錳納米線材料的制備
[0018]在室溫下，準確稱取0.0994克氯化亞鐵(FeCl2.4H20)固體，并加入10毫升蒸餾7jC,配制摩爾濃度為0.0500摩爾/升的氯化亞鐵溶液；稱量0.1800克草酸(C2H2O4)倒入氯化亞鐵溶液中，充分攪拌25分鐘直至完全溶解；量取0.0005摩爾的硝酸錳Mn (NO3) 2溶液，將其溶解在10毫升蒸餾水和2毫升三己基十四烷基氯化膦([P6，6，6，14] [Cl])離子液體的混合溶液體系中；將上述兩種溶液均勻混合并強力攪拌20分鐘，再置于帶有回流裝置的常壓微波輻射反應(yīng)器中(如圖1)，在反應(yīng)溫度100攝氏度下加熱75分鐘；微波反應(yīng)器的型號為MideaPJ21C-AU、反應(yīng)加熱時功率:700W、微波輻射頻率:2450MHz ;待離子液體輔助微波輻射反應(yīng)結(jié)束，將制備的懸濁液自然冷卻至室溫，使用高速離心機在9000轉(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)速下離心分離，且使用蒸餾水、乙醇反復(fù)洗滌潤洗10次，再于80°C下恒溫干燥24小時，即可獲得鐵酸錳納米線材料。所述鐵酸錳樣品經(jīng)過Hitachi S-4800掃描電鏡分析其為超長納米線，其中納米線的直徑為80~200納米，長度為10~20微米(如圖2);經(jīng)Rigaku D/Max2500PC X射線衍射分析表明，所得產(chǎn)物的物相為MnFeO3 (如圖3)，其對應(yīng)的PDF卡片號為 75-1573，空間群為 1213 (N0.199)，晶胞參數(shù) a:9.35 A。
[0019]實施例2:離子液體輔助微波輻射法合成鐵酸錳納米顆粒材料的合成
[0020]在室溫下，準確稱取氯化亞鐵(FeCl2.4H20)固體，并加入10毫升蒸餾水，配制摩爾濃度為0.00500摩爾/升的氯化亞鐵溶液；稱量0.0180克草酸(C2H2O4)倒入氯化亞鐵溶液中，充分攪拌25分鐘直至完全溶解；量取0.00005摩爾的硝酸錳Mn (NO3)2溶液，將其溶解在10毫升蒸餾水和0.2毫升三己基十四烷基氯化膦([P6，6，6，14] [Cl])離子液體的混合溶液體系中；將上述兩種溶液均勻混合并強力攪拌20分鐘，再置于帶有回流裝置的常壓微波福射反應(yīng)器中，在反應(yīng)溫度100攝氏度下加熱60分鐘；微波反應(yīng)器的型號為MideaPJ21C-AU、反應(yīng)加熱時功率:700W、微波輻射頻率:2450MHz ;待離子液體輔助微波輻射反應(yīng)結(jié)束，將制備的懸濁液自然冷卻至室溫，使用高速離心機在9000轉(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)速下離心分離，且使用蒸餾水、乙醇反復(fù)洗滌潤洗10次再于80°C下恒溫干燥24小時，經(jīng)熱處理即可獲得鐵酸錳納米顆粒材料。所得樣品經(jīng)Rigaku D/Max2500PC X射線衍射分析表明，所得產(chǎn)物的物相為MnFeO3,其對應(yīng)的PDF卡片號為75-1573 ;所述MnFeO3鐵酸錳納米顆粒材料經(jīng)過Hitachi S-4800掃描電鏡分析其為超細納米顆粒，其中納米線的直徑為50-100納米(如圖4)。
[0021]實施例3:離子液體輔助微波輻射法合成鐵酸錳納米片材料的合成
[0022]在室溫下，配制摩爾濃度為0.1000摩爾/升的氯化亞鐵溶液；稱量0.3600克草酸(C2H2O4)倒入氯化亞鐵溶液中，充分攪拌25分鐘直至完全溶解；量取0.0010摩爾的硝酸錳Mn(NO3)2溶液，然后將其溶解在10毫升蒸餾水和4毫升三己基十四烷基氯化膦([P6, 6，6，14] [Cl])離子液體的混合溶液體系中；將上述兩種溶液均勻混合并強力攪拌20分鐘，再置于帶有回流裝置的常壓微波輻射反應(yīng)器中，在反應(yīng)溫度100°C下加熱55分鐘；微波反應(yīng)器的型號為MideaPJ21C-AU、反應(yīng)加熱時功率:700W、微波輻射頻率:2450MHz ;待離子液體輔助微波輻射反應(yīng)結(jié)束，將制備的懸濁液自然冷卻至室溫，使用高速離心機在9000轉(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)速下離心分離，且使用蒸餾水、乙醇反復(fù)洗滌潤洗10次，再于80°C下恒溫干燥24小時，經(jīng)后處理即可獲得鐵酸錳納米片材料。所得樣品經(jīng)Rigaku D/Max2500PC X射線衍射分析表明，所得產(chǎn)物的物相 為MnFeO3，其對應(yīng)的PDF卡片號為75-1573 ;所述MnFeO3鐵酸錳納米片材料經(jīng)過Hitachi S-4800掃描電鏡分析其為均勻納米片結(jié)構(gòu)，其中納米片的厚度為20納米、直徑為50-70納米(如圖5)。
【權(quán)利要求】
1.本發(fā)明專利涉及一種離子液體輔助微波輻射法合成鐵酸錳納米線材料的合成方法，制備過程以氯化亞鐵、硝酸錳、草酸為反應(yīng)原材料，蒸餾水為溶劑，三己基十四烷基氯化膦([P6, 6,6, 14] [Cl])離子液體為輔助微波輻射的重要結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑，采用離子液體輔助微波輻射法可控制備鐵酸錳納米線材料，包括以下步驟: 第一、在室溫下，準確稱取0.0994克氯化亞鐵FeCl2.4H20固體，并加入10毫升蒸餾7jC,配制摩爾濃度為0.0500摩爾/升的氯化亞鐵溶液；稱量0.1800克草酸C2H2O4倒入氯化亞鐵溶液中，充分攪拌25分鐘直至完全溶解； 第二、量取0.0005摩爾的硝酸錳Mn (NO3)2溶液，然后將其溶解在10毫升蒸餾水和2毫升三己基十四烷基氯化膦([P6，6，6，14] [Cl])離子液體的混合溶液體系中； 第三、將上述兩種溶液均勻混合并強力攪拌20分鐘，再置于帶有回流裝置的常壓微波輻射反應(yīng)器中，在反應(yīng)溫度100°C下加熱75分鐘；微波反應(yīng)器的型號為MideaPJ21C-AU、反應(yīng)加熱時功率:700W、微波輻射頻率:2450MHz ； 第四、待離子液體輔助微波輻射反應(yīng)結(jié)束，將制備的懸濁液自然冷卻至室溫后，使用高速離心機在9000轉(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)速下離心分離，且使用蒸餾水、乙醇反復(fù)洗滌潤洗10次，在于80°C下恒溫干燥24小時 ，即可獲得鐵酸錳納米線材料；所述鐵酸錳樣品經(jīng)過HitachiS-4800掃描電鏡分析其為超長納米線，其中納米線的直徑為80~200納米，長度為10~20微米；經(jīng)Rigaku D/Max2500PC X射線衍射分析表明，所得產(chǎn)物的物相為MnFeO3,其對應(yīng)的PDF卡片號為75-1573，空間群為1213 (n0.199)，晶胞參數(shù)a:9.35 A。
【文檔編號】B82Y40/00GK103553141SQ201310549046
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2013年11月6日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月6日
【發(fā)明者】周榮, 劉蓉芳, 李春生, 孫嬿, 胡一雯, 王彥笛 申請人:太原理工大學(xué), 河北聯(lián)合大學(xué)