一種納米α-Fe金屬粉的制備方法
【專利摘要】本發明涉及一種納米α?Fe金屬粉的制備方法，該方法包括以下步驟：⑴將三氯化銻加入到油胺溶液中，攪拌混合均勻，在室溫下攪拌并在惰性氣體氮氣的保護下加熱、保溫，保溫結束后，得到白色渾濁液；⑵將油胺加入到另一個三頸燒瓶中，在室溫下攪拌并在惰性氣體氮氣的保護下加熱、保溫，保溫結束后，在該溫度下快速注入五羰基鐵保溫，保溫結束后，再快速注入所述白色渾濁液，繼續保溫后自然冷卻至室溫，得到黑色溶液；⑶向所述黑色溶液中加入正己烷洗滌離心，經真空干燥至恒重，即得到納米α?Fe金屬粉。本發明方法簡單、成本較低、環境污染小。
【專利說明】
_種納米a_Fe金屬粉的制備方法
技術領域
[0001 ]本發明涉及磁性納米材料的制備技術領域，尤其涉及一種納米a-Fe金屬粉的制備方法。【背景技術】
[0002]磁性納米材料，如納米a-Fe金屬粉，在電子信息、光學、磁學、催化和生物醫學等領域都有著廣泛的應用前景。
[0003]熱分解羰基鐵是制備鐵納米粒子常用的方法，羰基鐵是一種亞穩態的有機金屬配合物，容易發生熱分解，這使得它成為一種有用的金屬前驅體。采用羰基鐵熱分解制備鐵單質的方法已有報道，但是在一般的惰氣氣氛，常壓下只能制備得到非晶態的Fe納米粒子。若要得到結晶性好、純度高的單質鐵，必須在特制反應器中加壓、加氫條件下熱分解羰基鐵。 由于制備成本高，該方法并沒有在工業生產中得到推廣應用。
【發明內容】
[0004]本發明所要解決的技術問題是提供一種方法簡單、成本較低、環境污染小的納米 a-Fe金屬粉的制備方法。
[0005]為解決上述問題，本發明所述的一種納米a-Fe金屬粉的制備方法，包括以下步驟: ⑴將0.04?0.08mmol三氯化銻加入到0.5?5.0mL油胺溶液中，攪拌混合均勻，在室溫下攪拌并通入惰性氣體氮氣10?20min，隨后在惰性氣體氮氣的保護下以5?20 °C/min的速率加熱到100?160°C，并在100?160°C下保溫40?1 OOmin，保溫結束后，得到白色渾濁液；⑵將3?7mL油胺加入到另一個三頸燒瓶中，在室溫下攪拌并通入惰性氣體氮氣10? 20min，隨后在惰性氣體氮氣的保護下以5?20°C/min的速率加熱到200~310°C，并在200~310 °C下保溫10?60min，保溫結束后，在該溫度下快速注入2.00?4.0Ommol五羰基鐵，然后在200 ?310°C下保溫10?60min，保溫結束后，再快速注入所述白色渾濁液，繼續在200?310°C下保溫10?60min后自然冷卻至室溫，得到黑色溶液；(3)向所述黑色溶液中加入正己烷洗滌離心3?9次，經真空干燥至恒重，即得到納米a-Fe 金屬粉。
[0006]所述步驟⑴和所述步驟⑵中惰性氣體氮氣的流速均為30?60mL/min。[〇〇〇7] 所述步驟⑶中正己烷與所述黑色溶液的體積比為0.5?3.0 mL:l mL。[〇〇〇8] 所述步驟⑶中離心的條件是指離心速率為4500?8000rpm，時間為120?200秒。[〇〇〇9] 所述步驟⑶中真空干燥的條件是指溫度為30?60°C、真空度為-0.09?-0.07MPa。
[0010]本發明與現有技術相比具有以下優點:1、本發明以五羰基鐵為前驅體，油胺為溶劑，引入SbCl3作為助劑，通過Fe(C0)^分解在常壓普通惰氣氣氛下制備出了高結晶、粒徑均一的體心立方相的Fe納米粒子。
[0011]2、本發明中SbCl3的加入改善了熱分解產生的無定形Fe納米粒子的表面包覆狀態，利于無定形Fe的熟化結晶，從而得到結晶產物。
[0012]3、本發明選取了無毒且沸點較高的油胺作為反應溶劑，降低了對環境的污染。
[0013]4、對本發明所得納米a-Fe金屬粉進行X射線衍射實驗，可以發現20 = (44.673， 65.021和82.333°)處出現了衍射峰，這些衍射峰分別對應于Fe的(110 )、(200)、( 211)晶面 (參見圖1)，說明得到的Fe納米粒子為體心立方相，與圖2相比，本發明得到了結晶性高、純度高的Fe納米粒子。[〇〇14]5、本發明合成的納米a-Fe金屬粉尺寸均一且分布較窄、分散性好(參見圖3、4)。
[0015]6、本發明采用快速注入法，不需要加壓、加氫就能制備出結晶性高、純度高的Fe納米粒子，不僅簡化了制備工藝，降低了生產成本，而且降低了操作難度，無需特制反應器。【附圖說明】[〇〇16]下面結合附圖對本發明的【具體實施方式】作進一步詳細的說明。[〇〇17]圖1為本發明納米a-Fe金屬粉的X射線衍射圖譜(XRD)。[〇〇18]圖2為與本發明相同條件下羰基鐵分解得到產物的X射線衍射圖譜(XRD)。[〇〇19]圖3為本發明納米a-Fe金屬粉透射電鏡(TEM)照片(50nm)。
[0020]圖4為本發明納米a -Fe金屬粉透射電鏡(TEM)照片。【具體實施方式】
[0021]實施例1 一種納米a-Fe金屬粉的制備方法，包括以下步驟:(1)將0.04mmol三氯化銻加入到0.5mL油胺溶液中，攪拌混合均勻，在室溫下攪拌并以 30mL/min的流速通入惰性氣體氮氣lOmin，隨后在惰性氣體氮氣的保護下以5°C/min的速率加熱到l〇〇°C，并在100°C下保溫40min，保溫結束后，得到白色渾濁液。[〇〇22]⑵將3mL油胺加入到另一個三頸燒瓶中，在室溫下攪拌并以30mL/min的流速通入惰性氣體氮氣lOmin，隨后在惰性氣體氮氣的保護下以5°C/min的速率加熱到200°C，并在 200 °C下保溫lOmin，保溫結束后，在該溫度下快速注入2.0Ommo 1五羰基鐵，然后在200 °C下保溫lOmin，保溫結束后，再快速注入白色渾濁液，繼續在200°C下保溫lOmin后自然冷卻至室溫，得到黑色溶液。[〇〇23]⑶向黑色溶液中加入正己烷洗滌離心3次，在溫度為30°C、真空度為_0.07MPa的條件下經真空干燥至恒重，即得到納米a-Fe金屬粉。[〇〇24]其中:正己烷與黑色溶液的體積比為0.5 mL:l mL。離心速率為4500rpm，時間為120 秒。
[0025]實施例2 —種納米a-Fe金屬粉的制備方法，包括以下步驟:⑴將0.06mmol三氯化銻加入到2.5mL油胺溶液中，攪拌混合均勻，在室溫下攪拌并以 30mL/min的流速通入惰性氣體氮氣lOmin，隨后在惰性氣體氮氣的保護下以10°C/min的速率加熱到120°C，并在120°C下保溫50min，保溫結束后，得到白色渾濁液。[〇〇26]⑵將5mL油胺加入到另一個三頸燒瓶中，在室溫下攪拌并以30mL/min的流速通入惰性氣體氮氣lOmin，隨后在惰性氣體氮氣的保護下以l〇°C/min的速率加熱到270°C，并在 270 °C下保溫lOmin，保溫結束后，在該溫度下快速注入2.50mmo 1五羰基鐵，然后在270 °C下保溫20min，保溫結束后，再快速注入白色渾濁液，繼續在270°C下保溫20min后自然冷卻至室溫，得到黑色溶液。
[0027]⑶向黑色溶液中加入正己烷洗滌離心4次，在溫度為30°C、真空度為_0.07MPa的條件下經真空干燥至恒重，即得到納米a-Fe金屬粉。[〇〇28]其中:正己烷與黑色溶液的體積比為0.5 mL:l mL。離心速率為5000rpm，時間為180 秒。
[0029]實施例3 —種納米a-Fe金屬粉的制備方法，包括以下步驟:(1)將0.05mmol三氯化銻加入到3.0mL油胺溶液中，攪拌混合均勻，在室溫下攪拌并以 40mL/min的流速通入惰性氣體氮氣15min，隨后在惰性氣體氮氣的保護下以10°C/min的速率加熱到130°C，并在130°C下保溫60min，保溫結束后，得到白色渾濁液。
[0030]⑵將5mL油胺加入到另一個三頸燒瓶中，在室溫下攪拌并以40mL/min的流速通入惰性氣體氮氣15min，隨后在惰性氣體氮氣的保護下以15°C/min的速率加熱到250 °C，并在 250 °C下保溫30min，保溫結束后，在該溫度下快速注入2.50mmol五羰基鐵，然后在250 °C下保溫20min，保溫結束后，再快速注入白色渾濁液，繼續在250°C下保溫60min后自然冷卻至室溫，得到黑色溶液。[〇〇31]⑶向黑色溶液中加入正己烷洗滌離心9次，在溫度為45°C、真空度為-0.0SMPa的條件下經真空干燥至恒重，即得到納米a-Fe金屬粉。[〇〇32]其中:正己烷與黑色溶液的體積比為1.0 mL:l mL。離心速率為8000rpm，時間為180 秒。
[0033]實施例4 一種納米a-Fe金屬粉的制備方法，包括以下步驟:(1)將0 ? 07mmol三氯化鋪加入至IJ4 ? OmL油胺溶液中，攪拌混合均勻，在室溫下攪拌并以 50mL/min的流速通入惰性氣體氮氣20min，隨后在惰性氣體氮氣的保護下以15°C/min的速率加熱到130°C，并在130°C下保溫60min，保溫結束后，得到白色渾濁液。[〇〇34]⑵將6mL油胺加入到另一個三頸燒瓶中，在室溫下攪拌并以50mL/min的流速通入惰性氣體氮氣20min，隨后在惰性氣體氮氣的保護下以15°C/min的速率加熱到300 °C，并在 300 °C下保溫50min，保溫結束后，在該溫度下快速注入3.50mmol五羰基鐵，然后在300 °C下保溫20min，保溫結束后，再快速注入白色渾濁液，繼續在300°C下保溫40min后自然冷卻至室溫，得到黑色溶液。[〇〇35]⑶向黑色溶液中加入正己烷洗滌離心5次，在溫度為60°C、真空度為-0.0SMPa的條件下經真空干燥至恒重，即得到納米a-Fe金屬粉。[〇〇36]其中:正己烷與黑色溶液的體積比為0.5 mL:l mL。離心速率為7000rpm，時間為200秒。
[0037]實施例5 —種納米a-Fe金屬粉的制備方法，包括以下步驟:(1)將0.06mmol三氯化銻加入到5.0mL油胺溶液中，攪拌混合均勻，在室溫下攪拌并以 40mL/min的流速通入惰性氣體氮氣15min，隨后在惰性氣體氮氣的保護下以20°C/min的速率加熱到160°C，并在160°C下保溫40min，保溫結束后，得到白色渾濁液。[〇〇38]⑵將7mL油胺加入到另一個三頸燒瓶中，在室溫下攪拌并以40mL/min的流速通入惰性氣體氮氣15min，隨后在惰性氣體氮氣的保護下以15°C/min的速率加熱到280 °C，并在 280 °C下保溫50min，保溫結束后，在該溫度下快速注入4.0Ommol五羰基鐵，然后在280 °C下保溫30min，保溫結束后，再快速注入白色渾濁液，繼續在280°C下保溫50min后自然冷卻至室溫，得到黑色溶液。
[0039]⑶向黑色溶液中加入正己烷洗滌離心6次，在溫度為60°C、真空度為_0.09MPa的條件下經真空干燥至恒重，即得到納米a-Fe金屬粉。
[0040]其中:正己烷與黑色溶液的體積比為3.0 mL:l mL。離心速率為7500rpm，時間為 180 秒。
[0041]實施例6 —種納米a-Fe金屬粉的制備方法，包括以下步驟:(1)將0.08mmol三氯化銻加入到5.0mL油胺溶液中，攪拌混合均勻，在室溫下攪拌并以 60mL/min的流速通入惰性氣體氮氣lOmin，隨后在惰性氣體氮氣的保護下以20°C/min的速率加熱到160°C，并在160°C下保溫lOOmin，保溫結束后，得到白色渾濁液。[〇〇42]⑵將6mL油胺加入到另一個三頸燒瓶中，在室溫下攪拌并以30mL/min的流速通入惰性氣體氮氣lOmin，隨后在惰性氣體氮氣的保護下以20°C/min的速率加熱到310°C，并在 310 °C下保溫60min，保溫結束后，在該溫度下快速注入3.50mmol五羰基鐵，然后在310 °C下保溫60min，保溫結束后，再快速注入白色渾濁液，繼續在310°C下保溫60min后自然冷卻至室溫，得到黑色溶液。[〇〇43]⑶向黑色溶液中加入正己烷洗滌離心5次，在溫度為40°C、真空度為_0.09MPa的條件下經真空干燥至恒重，即得到納米a-Fe金屬粉。[〇〇44]其中:正己烷與黑色溶液的體積比為0.5 mL:l mL。離心速率為5500rpm，時間為150 秒。
【主權項】
1.一種納米a-Fe金屬粉的制備方法，包括以下步驟:⑴將0.04?0.08mmol三氯化銻加入到0.5?5.0mL油胺溶液中，攪拌混合均勻，在室溫下 攪拌并通入惰性氣體氮氣10?20min，隨后在惰性氣體氮氣的保護下以5?20 °C/min的速率加 熱到100?160°C，并在100?160°C下保溫40?1 OOmin，保溫結束后，得到白色渾濁液；⑵將3?7mL油胺加入到另一個三頸燒瓶中，在室溫下攪拌并通入惰性氣體氮氣10? 20min，隨后在惰性氣體氮氣的保護下以5?20°C/min的速率加熱到200~310°C，并在200~310 °C下保溫10?60min，保溫結束后，在該溫度下快速注入2.00?4.0Ommol五羰基鐵，然后在200 ?310°C下保溫10?60min，保溫結束后，再快速注入所述白色渾濁液，繼續在200?310°C下保 溫10?60min后自然冷卻至室溫，得到黑色溶液；(3)向所述黑色溶液中加入正己烷洗滌離心3?9次，經真空干燥至恒重，即得到納米a-Fe 金屬粉。2.如權利要求1所述的一種納米a-Fe金屬粉的制備方法，其特征在于:所述步驟⑴和所 述步驟⑵中惰性氣體氮氣的流速均為30?60mL/min。3.如權利要求1所述的一種納米a-Fe金屬粉的制備方法，其特征在于:所述步驟⑶中正 己烷與所述黑色溶液的體積比為0.5?3.0 mL:l mL。4.如權利要求1所述的一種納米a-Fe金屬粉的制備方法，其特征在于:所述步驟⑶中離 心的條件是指離心速率為4500?8000rpm，時間為120?200秒。5.如權利要求1所述的一種納米a-Fe金屬粉的制備方法，其特征在于:所述步驟⑶中真 空干燥的條件是指溫度為30?60°C、真空度為-0.09—0.07MPa。
【文檔編號】B82Y40/00GK105945303SQ201610325421
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年5月17日
【發明人】佘厚德, 蘇云云, 王瑞
【申請人】西北師范大學