專利名稱：納米晶構(gòu)筑的多孔氧化鐵及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及過渡金屬氧化物納米材料及多孔材料的制備方法，尤其是涉及一種納米晶構(gòu)筑的多孔氧化鐵及其制備方法。
背景技術(shù)：
氧化鐵是一種重要的過渡金屬氧化物，目前已經(jīng)在催化，染料，磁性材料，氣敏材料以及鋰離子電池材料等方面得到廣泛的應(yīng)用，同時(shí)還作為合成Y-Fe2O3的原料。除了這些常規(guī)應(yīng)用中，多孔氧化鐵還可以作為藥物載體。其中在鋰離子電池材料和氣敏材料方面研究的最為廣泛。納米級(jí)的氧化鐵相對(duì)于微米級(jí)的氧化鐵在鋰離子電池材料方面展現(xiàn)出更好的電性能和穩(wěn)定性，因?yàn)檩^小的粒子可以減少鋰離子擴(kuò)散的距離；而且研究發(fā)現(xiàn)納米級(jí)的氧化鐵的氣體敏感性明顯優(yōu)于微米級(jí)的氧化鐵，這是由于納米顆粒之間的孔道更有利于氣體擴(kuò)散，同時(shí)也為氣體的化學(xué)吸附提供更多的活性位點(diǎn)。目前制備多孔氧化鐵的方法一般僅限于模板法，它包括硬模板法和軟模板法，其中硬模板法是用具有良好孔道的介孔的硅膠或碳，可以對(duì)產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生巨大的影響。軟模板法一般是用表面活性劑或者具有長鏈結(jié)構(gòu)的高分子材料為結(jié)構(gòu)的組裝提供協(xié)助因子。 但是硬模板法制備方法復(fù)雜，軟模板法在去除中存在殘留問題。因此尋找一種簡單可控，易于生產(chǎn)的制備方法具有重要的意義。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種納米晶構(gòu)筑的多孔氧化鐵及其制備方法。一、一種納米晶構(gòu)筑成的多孔氧化鐵
由納米氧化鐵構(gòu)筑成的多孔氧化鐵為條形狀結(jié)構(gòu)；所述的條形狀結(jié)構(gòu)其長為3-5微米，寬為2-3微米，高為1-2微米，形成的多孔結(jié)構(gòu)的氧化鐵的納米晶氧化鐵的粒子尺寸為 100-300 納米。二、一種納米晶構(gòu)筑成的多孔氧化鐵的制備方法
用含有二價(jià)鐵離子的水溶液與含有草酸根離子的水溶液均勻混合，進(jìn)行水熱反應(yīng)，制備出條形狀前驅(qū)體草酸亞鐵；然后對(duì)合成的條形狀草酸亞鐵進(jìn)行熱處理，得到納米晶構(gòu)筑成的多孔氧化鐵。所述的含有二價(jià)鐵離子的水溶液中二價(jià)鐵離子的濃度為0. 05、. 2mol/L ；含有草酸根離子的水溶液中草酸根離子的濃度為0. 05、. 2mol/L ；水熱反應(yīng)過程中，二價(jià)鐵離子和草酸根離子的物質(zhì)的量比例為1.2 1:1 ；水熱反應(yīng)溫度為80-120°C，水熱反應(yīng)時(shí)間為 8-12h ；熱處理?xiàng)l件為升溫速率為廣5°C /min，煅燒溫度為50(T60(TC，煅燒時(shí)間為2_4h。所述的含有草酸根離子的水溶液為鉀、鈉或銨的草酸鹽水溶液。所述的含有二價(jià)鐵離子的水溶液為硫酸亞鐵水溶液或硫酸亞鐵銨水溶液。本發(fā)明具有的有益效果是
在水溶液中通過草酸鹽和二價(jià)鐵鹽的離子沉淀作用，合成出結(jié)晶性良好的，單分散的條形草酸亞鐵。并以所得的草酸亞鐵為前軀體通過煅燒，制得的條形納米晶構(gòu)筑的多孔氧化鐵。本發(fā)明的突出優(yōu)點(diǎn)在于本合成方法得到的多孔氧化鐵具有規(guī)整的條形宏觀形貌，同時(shí)構(gòu)筑多孔結(jié)構(gòu)的次級(jí)顆粒為納米顆粒，可以滿足電極材料、催化材料等應(yīng)用領(lǐng)域?qū)ρ趸F材料大比表面積的要求。且本發(fā)明提供的方法簡便可控，易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。
圖1是實(shí)施例1所得前軀體的XRD圖。圖2是實(shí)施例1所得產(chǎn)物的XRD圖。圖3是實(shí)施例1所得前軀體和產(chǎn)物的電鏡照片。圖4是實(shí)施例2所得產(chǎn)物的電鏡照片。圖5是實(shí)施例3所得產(chǎn)物的電鏡照片。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1
將1. 47g草酸鉀溶于40. OmL去離子水中攪拌使其均勻分散在溶液中，草酸根的濃度為 0. 2mol/L ；將3. 14g硫酸亞鐵銨溶于40. OmL去離子水中，攪拌使其均勻分散在溶液中，硫酸亞鐵銨的濃度為0. 2mol/L。然后在不斷的攪拌下把草酸鉀溶液緩慢的加入到硫酸亞鐵銨溶液中，二價(jià)鐵離子和草酸根離子的物質(zhì)的量比例為1:1。反應(yīng)完畢后轉(zhuǎn)移到IOOmL水熱釜中，在120°C下反應(yīng)10小時(shí)，所得產(chǎn)物在80°C下干燥5個(gè)小時(shí)得到條形狀前軀體。圖1是前軀體的XRD圖譜，該圖譜與標(biāo)準(zhǔn)草酸亞鐵XRD數(shù)據(jù)(JCPDSNo. 23-(^93)吻合，說明前軀體的結(jié)晶相物質(zhì)是草酸亞鐵。將干燥好的前軀體草酸亞鐵放置于馬弗爐中，以2V Mn的升溫速率升溫至500°C并保溫2小時(shí)，然后隨爐溫緩慢冷卻到室溫，得到納米構(gòu)筑的多孔氧化鐵。圖2是該產(chǎn)物的XRD圖譜，該圖譜與標(biāo)準(zhǔn)氧化鐵的XRD數(shù)據(jù)(JCPDSNo. 33-0664)吻合， 說明得到的產(chǎn)物是氧化鐵。圖3是前軀體和產(chǎn)物的電鏡照片，圖中a:前軀體，b:氧化鐵， 明顯可以看出方形聚集體的長約為5微米，寬高均為2微米。形成的多孔結(jié)構(gòu)的氧化鐵的納米晶氧化鐵的離子尺寸為100-300納米。實(shí)施例2:
將0. 88g草酸鉀溶于40. OmL去離子水中，攪拌使其均勻分散在溶液中，草酸根的濃度為0. 12mol/L ；將1. 12g硫酸亞鐵溶于40. OmL去離子水中，攪拌使其均勻分散在溶液中，硫酸亞鐵的濃度為0. lmol/L。然后在不斷的攪拌下把草酸鉀溶液緩慢的加入到硫酸亞鐵溶液中，二價(jià)鐵離子和草酸根離子的物質(zhì)的量比例為1.2:1。反應(yīng)完畢后轉(zhuǎn)移到IOOmL水熱釜中，在100°C下反應(yīng)12個(gè)小時(shí)，所得產(chǎn)物在80°C下干燥5個(gè)小時(shí)得到條形狀前軀體。將干燥好的前軀體草酸亞鐵放置于馬弗爐中，以5°C /min的升溫速率升溫至600°C并保溫4小時(shí)， 然后隨爐溫緩慢冷卻到室溫，得到納米構(gòu)筑的多孔氧化鐵。所得產(chǎn)物的電鏡照片如圖4所示，圖中明顯看出形成的多孔結(jié)構(gòu)的氧化鐵的納米晶氧化鐵的離子尺寸大約為300納米。實(shí)施例3:
將0. 37g草酸鈉溶于40. OmL去離子水中，攪拌使其均勻分散在溶液中，草酸根的濃度為0. 05mol/L ；將0. 800g硫酸亞鐵銨溶于40. OmL去離子水中，攪拌使其均勻分散在溶液中，硫酸亞鐵銨的濃度為0. 05mol/L ；然后在不斷的攪拌下把草酸鈉溶液緩慢的加入到硫酸亞鐵銨溶液中，二價(jià)鐵離子和草酸根離子的物質(zhì)的量比例為1:1。反應(yīng)完畢后轉(zhuǎn)移到 IOOmL水熱釜中，在80°C下反應(yīng)8個(gè)小時(shí)，所得產(chǎn)物在80°C下干燥5個(gè)小時(shí)得到條形狀前軀體。將干燥好的前軀體草酸亞鐵放置于馬弗爐中，以2°C /min的升溫速率升溫至600°C并保溫4小時(shí)，然后隨爐溫緩慢冷卻到室溫，得到納米構(gòu)筑的多孔氧化鐵。所得產(chǎn)物的電鏡照片如圖5所示，圖中明顯看出形成的多孔結(jié)構(gòu)的氧化鐵的納米晶氧化鐵的離子尺寸為300 納米。
權(quán)利要求
1.一種納米晶構(gòu)筑成的多孔氧化鐵，其特征在于由納米氧化鐵構(gòu)筑成的多孔氧化鐵為條形狀結(jié)構(gòu)；所述的條形狀結(jié)構(gòu)其長為3-5微米，寬為2-3微米，高為1-2微米，形成的多孔結(jié)構(gòu)的氧化鐵的納米晶氧化鐵的粒子尺寸為100-300納米。
2.—種納米晶構(gòu)筑成的多孔氧化鐵的制備方法，其特征在于該方法的步驟如下用含有二價(jià)鐵離子的水溶液與含有草酸根離子的水溶液均勻混合，進(jìn)行水熱反應(yīng)，制備出條形狀前驅(qū)體草酸亞鐵；然后對(duì)合成的條形狀草酸亞鐵進(jìn)行熱處理，得到納米晶構(gòu)筑成的多孔氧化鐵。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種納米晶構(gòu)筑成的多孔氧化鐵的制備方法，其特征在于 所述的含有二價(jià)鐵離子的水溶液中二價(jià)鐵離子的濃度為0. 05、. 2mol/L ；含有草酸根離子的水溶液中草酸根離子的濃度為0. 05、. 2mol/L ；水熱反應(yīng)過程中，二價(jià)鐵離子和草酸根離子的物質(zhì)的量比例為1. 2 1:1 ；水熱反應(yīng)溫度為80-120°C，水熱反應(yīng)時(shí)間為8-1 ；熱處理?xiàng)l件為升溫速率為廣5°C /min，煅燒溫度為50(T60(TC，煅燒時(shí)間為2_4h。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種納米晶構(gòu)筑成的多孔氧化鐵的制備方法，其特征在于 所述的含有草酸根離子的水溶液為鉀、鈉或銨的草酸鹽水溶液。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種納米晶構(gòu)筑成的多孔氧化鐵的制備方法，其特征在于 所述的含有二價(jià)鐵離子的水溶液為硫酸亞鐵水溶液或硫酸亞鐵銨水溶液。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種納米晶構(gòu)筑的多孔氧化鐵及其制備方法。用含有二價(jià)鐵離子的水溶液和含有草酸根的水溶液進(jìn)行水熱反應(yīng)，首先制備出前軀體草酸亞鐵，該草酸亞鐵為微米級(jí)的條形形貌；然后對(duì)前軀體草酸亞鐵進(jìn)行熱處理，得到納米晶構(gòu)筑的多孔氧化鐵。本發(fā)明中的納米晶構(gòu)筑的多孔氧化鐵由均勻的納米顆粒組成，具有較大的比表面積，為氧化鐵的應(yīng)用提供了極好的條件。本發(fā)明的突出優(yōu)點(diǎn)在于本合成方法得到的多孔氧化鐵具有規(guī)整的條形宏觀形貌，同時(shí)構(gòu)筑多孔結(jié)構(gòu)的次級(jí)顆粒為納米顆粒，可以滿足電極材料、催化材料等應(yīng)用領(lǐng)域?qū)ρ趸F材料大比表面積的要求。且本發(fā)明提供的方法簡便可控，易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。
文檔編號(hào)C01G49/06GK102275997SQ201110197129
公開日2011年12月14日 申請(qǐng)日期2011年7月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月14日
發(fā)明者司莉敏, 岳林海 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)