一種鉬酸鐵（ii）納米立方體的制備方法
【專利摘要】一種鉬酸鐵（）納米立方體的制備方法，屬于形貌規整鉬酸鐵納米材料的制備。該方法是將鐵源和鉬源按摩爾比（1.5-3）∶1置于密閉耐壓反應容器中，以醇水混合液為溶劑并分別加入醇水混合液質量的0.3-2.0%的乙酸鈉和聚乙烯吡咯烷酮作為輔助劑攪拌混合均勻，于100～250℃條件下，反應8-40小時。采用一步液相法首次制備出了鉬酸鐵（II）納米立方體，所用的原料廉價易得，制備步驟簡單，操作可控性高，且所得產品為粒徑分布均勻，顆粒尺寸合適的單晶體，較易于大規模工業化生產。同時，由于該納米立方體具有大的比表面積及規整的表面形貌結構，在新能源鋰離子電池、催化光學領域獲得廣泛應用。應用于光學、電學、儲能、催化領域。
【專利說明】一種鉬酸鐵(11)納米立方體的制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種形貌規整鑰酸鐵納米材料的制備，特別是涉及一種鑰酸鐵(二:)納米立方體的制備方法。
【背景技術】
[0002]作為無機功能材料領域中的一員，金屬鑰酸鹽納米材料因具備尺寸效應、量子效應、表面效應等重要的特性，在光學(Chem.Eur.J., 2007, 13，746)、磁性(J.Am.Chem.Soc., 2008，130，13490)、催化(Chem.Commun., 2009，1565)、電化學儲能(J.Mater.Chem.A, 2013, I, 9024)等領域有著廣泛的應用，因而引起了材料科學家們的極大關注。眾所周知，材料的形貌結構及尺寸嚴重影響材料的物理及化學性能，因此，就要有目的的對材料進行相應裁剪、修飾，這也正是目前材料科學工作者們面臨的極大挑戰。對于鑰酸鹽體系中的重要成員，鑰酸鐵來說也不例外，特別是由于鑰酸鐵(::)屬于單斜晶系，很難獲得規整形貌結構。雖然高溫固相法、水熱法、微波輻射法等幾種方法都可以被用來制備鑰酸鐵材料，但到目前為止僅有微波輻射方案可以獲得較為規整的球形結構形貌(CrystEngComm, 2010, 12，207)，而對于立方體形貌來說，至今還是個空白，這大大制約了該類材料的進一步應用。
【發明內容】
[0003]本發明針對現有技術不足，提供一種鑰酸鐵C:)納米立方體結構材料的簡單制備方法，解決單斜晶系鑰酸鐵(::)材料很難獲得規整形貌結構的問題。
[0004]本發明的目的是這樣實現的，一種鑰酸鐵(二)納米立方體結構材料的制備方法，利用液相合成技術制備鑰酸鐵(二)納米結構，其包括以下步驟:
Cl)鐵源為亞鐵鹽，選自水合氯化亞鐵(FeCl2.4H20)、水合草酸亞鐵(FeC2O4.2H20)、水合硝酸亞鐵(Fe (NO 3 ) 2.6H20)、水合硫酸亞鐵(Fe2SO4.7H20)或者水合醋酸亞鐵(Fe (CH3COO) 2.4H20)；
鑰源為六價鑰鹽，選自鑰酸鈉(Na2MoO4X鑰酸銨((NH4)2Mo2O7, (NH4)2Mo4O13,(NH4)6Mo7O24.4H20，(NH4)4Mo8OffiX或鑰酸(H2MoO4.H2O)?
[0005]將鐵源與鑰源按摩爾比(1.5-3):1加入到質量百分濃度為0.3-2.0%的乙酸鈉及聚乙烯吡咯烷酮的醇水混合液中并攪拌混合均勻；
(2)將步驟(1)得到的混合物料移至密閉反應器中于100~250°C條件下，反應8-40小時后自然冷卻至常溫并分離提純即可得到目標產物。
[0006]所述的醇水混合液為甲醇、乙醇、乙二醇、丙三醇中的一種或多種與蒸餾水混合所得液體。
[0007]所述的醇水混合液優選乙二醇和蒸餾水，體積比為5:3。
[0008]優選的，所述的鐵源為水合硫酸亞鐵(Fe2SO4.7H20)或水合草酸亞鐵(FeC2O4.2H20)。
[0009]優選的，所述的鑰源為鑰酸鈉(Na2MoO4)或鑰酸(H2MoO4.H20)。
[0010]優選的，所述的聚乙烯吡咯烷酮為K30。
[0011]所述的優選反應溫度為180-210 °C條件下反應15-25小時，特別優選于200 °〇條件下反應20小時，制備尺寸均勻的鑰酸鐵(Π)納米立方體。
[0012]所述的分離提純方式為蒸餾水洗滌。
[0013]有益效果，由于采用了上述方案，采用一步液相法首次制備出了鑰酸鐵納米立方體，所用的原料廉價易得，制備步驟簡單，操作可控性高，且所得產品為粒徑分布均勻，顆粒尺寸合適的單晶體，較易于大規模工業化生產。同時，由于該納米立方體具有大的比表面積及規整的表面形貌結構，在新能源鋰離子電池、催化光學領域獲得廣泛應用。應用于光學、電學、儲能、催化領域。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014]圖1為本發明實施例1鑰酸鐵(::)納米立方體的粉末X-射線粉末衍射花樣；其中左縱坐標為相對強度(Intensity)，橫坐標為衍射角度(2 Θ )。
[0015]圖2為本發明實施例1鑰酸鐵(::)納米立方體的掃描電子顯微鏡照片。
[0016]圖3為本發明實施例1鑰酸鐵(二)納米立方體的透射電子顯微鏡照片。
【具體實施方式】
[0017]下面通過具體實施例并結合附圖對本發明做進一步說明。
[0018]實施例1:一種鑰酸鐵(二)納米立方體結構材料的制備方法，利用液相合成技術制備鑰酸鐵(::)納米結構，其包括以下步驟:
Cl)鐵源為亞鐵鹽，選自水合氯化亞鐵(FeCl2.4H20)、水合草酸亞鐵(FeC2O4.2H20)、水合硝酸亞鐵(Fe (NO 3 ) 2.6H20)、水合硫酸亞鐵(Fe2SO4.7H20)或者水合醋酸亞鐵(Fe (CH3COO) 2.4H20)；
鑰源為六價鑰鹽，選自鑰酸鈉(Na2MoO4X鑰酸銨((NH4)2Mo2O7, (NH4)2Mo4O13,(NH4)6Mo7O24.4H20，(NH4)4Mo8OffiX或鑰酸(H2MoO4.H2O)?
[0019]將鐵源與鑰源按摩爾比(1.5-3):1加入到質量百分濃度為0.3-2.0%的乙酸鈉及聚乙烯吡咯烷酮的醇水混合液中并攪拌混合均勻；
(2)將步驟(1)得到的混合物料移至密閉反應器中于100~250°C條件下，反應8-40小時后自然冷卻至常溫并分離提純即可得到目標產物。
[0020]所述的醇水混合液為甲醇、乙醇、乙二醇、丙三醇中的一種或多種與蒸餾水混合所得液體。
[0021]所述的醇水混合液優選乙二醇和蒸餾水，體積比為5:3。
[0022]優選的，所述的鐵源為水合硫酸亞鐵(Fe2SO4.7H20)或水合草酸亞鐵(FeC2O4.2H20)。
[0023]優選的，所述的鑰源為鑰酸鈉(Na2MoO4)或鑰酸(H2MoO4.H2O)0
[0024]優選的，所述的聚乙烯吡咯烷酮為K30。[0025]所述的優選反應溫度為180-210 °C條件下反應15_25小時，特別優選于200 °〇條件下反應20小時，制備尺寸均勻的鑰酸鐵(Π)納米立方體。
[0026]所述的分離提純方式為蒸餾水洗滌。
[0027]實施例2:鑰酸鐵C:)納米立方體的制備及結構表征；
取0.56 g水合硫酸亞鐵(Fe2SO4.7H20)和0.25 g鑰酸鈉(Na2MoO4)放入容器中并加入25ml乙二醇及15ml蒸餾水，加入0.2 g聚乙烯吡咯烷酮(PVP)和0.2 g乙酸鈉，混合攪拌均勻；將混勻后的物料轉移至密閉耐壓反應容器中，于200°C條件下反應20小時。然后冷卻至室溫，打開密閉反應容器，并以布氏漏斗抽濾，去離子水洗滌得深棕色粉末產品。產物經fcuker D8 ADVANCE X射線粉末衍射儀以Cu Ka射線(波長λ = 1.5418Α,掃描步速為0.08° /秒)鑒定為單斜相β -FeMoO4 (圖1)，與JCPDS卡標準值N0.22-0628相匹配，且混有極少量 a-FeMoO4 (JCPDS No: 22-1115)。
[0028]采用JEM 1011透射電子顯微鏡(電壓100千伏)和JSF-6700掃描電鏡觀察立方相鑰酸鐵(::)超細粉的形貌，如圖2、圖3所示，鑰酸鐵(II)由粒徑尺寸分布在100 nm左右的納米立方體顆粒組成，大小均勻，尺寸分布較窄。
[0029]實施例3 -M 0.36 g水合草酸亞鐵(FeC2O4.2H20)和0.25 g鑰酸鈉(Na2MoO4)放入容器中并加入25 ml乙二醇及15 ml蒸餾水，加入0.2 g聚乙烯吡咯烷酮(PVP)和0.2 g乙酸鈉，混合攪拌均勻；將混勻后的物料轉移至密閉耐壓反應容器中，于180°C條件下反應20小時。然后冷卻至室溫，打開密閉反應容器，并以布氏漏斗抽濾，去離子水洗滌得深棕色粉末產品。
[0030]所得超細粉為單斜相P-FeMoO4 (JCPDS N0.22-0628)，結晶性良好；由平均粒徑約為90 nm的納米顆粒組成。
[0031]實施例4 -M 0.`56 g 水合硫酸亞鐵(Fe2SO4.7Η20)和 0.17 g 鑰酸(H2MoO4.Η20)放入容器中并加入25 ml乙二醇及15 ml蒸餾水，加入0.2 g聚乙烯吡咯烷酮(PVP)和0.2 g乙酸鈉，混合攪拌均勻；將混勻后的物料轉移至密閉耐壓反應容器中，于180°C條件下反應20小時。然后冷卻至室溫，打開密閉反應容器，并以布氏漏斗抽濾，去離子水洗滌得深棕色粉末產品。經表征所得超細粉為單斜相P-FeMoO4 (JCPDS N0.22-0628)，結晶性良好。
[0032]實施例5 -M 0.56 g水合硫酸亞鐵(Fe2SO4.7H20)和0.25 g鑰酸鈉(Na2MoO4)放入容器中并加入25 ml乙二醇及15 ml蒸餾水，加入0.2 g聚乙烯吡咯烷酮(PVP)和0.2g乙酸鈉，混合攪拌均勻；將混勻后的物料轉移至密閉耐壓反應容器中，于180 1:條件下反應25小時。然后冷卻至室溫，打開密閉反應容器，并以布氏漏斗抽濾，去離子水洗滌得深棕色粉末產品。其它與實施例1同。
[0033]實施例6 -M 0.56 g水合硫酸亞鐵(Fe2SO4.7H20)和0.25 g鑰酸鈉(Na2MoO4)放入容器中并加入25ml乙二醇及15ml蒸餾水，加入0.2 g聚乙烯吡咯烷酮(PVP)和0.2 g乙酸鈉，混合攪拌均勻；將混勻后的物料轉移至密閉耐壓反應容器中，于210 °C條件下反應15小時。然后冷卻至室溫，打開密閉反應容器，并以布氏漏斗抽濾，去離子水洗滌得深棕色粉末產品。其它與實施例1同。
【權利要求】
1.一種鑰酸鐵(II)納米立方體材料的制備方法，其特征在于包括以下步驟: (1)鐵源為亞鐵鹽，選自水合氯化亞鐵(FeCl2.4H20)、水合草酸亞鐵(FeC2O4.2H20)、水合硝酸亞鐵(Fe(N0 3 )2.6H20)、水合硫酸亞鐵(Fe2SO4.7H20)或者水合醋酸亞鐵(Fe (CH3COO) 2.4H20)； 鑰源為六價鑰鹽，選自鑰酸鈉(Na2MoO4X鑰酸銨((NH4)2Mo2O7, (NH4)2Mo4O13,(MM)6Mo7O24.4H20，(NH4)4Mo8O26)'或鑰酸(H2MoO4.H2O)； 將鐵源與鑰源按摩爾比(1.5-3):1加入到質量百分濃度為0.3-2.0%的乙酸鈉及聚乙烯吡咯烷酮的醇水混合液中并攪拌混合均勻； (2)將步驟(1)得到的混合物料移至密閉反應器中于100~250°C條件下，反應8-40小時后自然冷卻至常溫并分離提純即可得到目標產物。
2.根據權利要求1所述的鑰酸鐵CU)納米立方體材料的制備方法，其特征在于:所述的醇水混合液為甲醇、乙醇、乙二醇、丙三醇中的一種或多種與蒸餾水混合所得液體。
3.根據權利要求1所述的鑰酸鐵(II)納米立方體材料的制備方法，其特征在于:所述的醇水混合液優選乙二醇和蒸餾水，體積比比例為5:3。
4.根據權利要求1所述的鑰酸鐵(Π)納米立方體材料的制備方法，其特征在于:乙酸鈉和聚乙烯吡咯烷酮的用量為所用醇水混合液質量的0.3-2.0 %。
5.根據權利要求1所述的鑰酸鐵(::)納米立方體材料的制備方法，其特征在于:所述的反應溫度為180-210 °C條件下反應15-25小時；所述的分離提純方式為蒸餾水洗滌。
6.根據權利要求1所述的鑰酸鐵(II)納米立方體材料的制備方法，其特征在于:所述的鐵源為水合硫酸亞鐵(Fe2SO4WH2O)或水合草酸亞鐵(FeC2O4CH2O);所述的鑰源為鑰酸鈉(Na2MoO4)或鑰酸(H2MoO4.H2O)`;所述的聚乙烯吡咯烷酮為K30。
【文檔編號】C01G49/00GK103754954SQ201410051059
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2014年2月14日 優先權日:2014年2月14日
【發明者】鞠治成, 邢政 申請人:中國礦業大學