一種輕基氧化鐵納米棒-金納米顆粒雜化結構的制備方法
【專利摘要】本發明公開了一種羥基氧化鐵納米棒-金納米顆粒雜化結構的制備方法，通過氫氧化銨和檸檬酸分步共同還原氯金酸的條件下，在羥基氧化鐵納米棒的CTAB溶液中沉積了金納米顆粒尺寸為l-3nm的金納米顆粒。本發明的制備過程簡單■’整個制備過程條件溫和，易于操作；制備得到的雜化結構在催化等領域有重要應用。
【專利說明】一種羥基氧化鐵納米棒-金納米顆粒雜化結構的制備方法
[0001]
【技術領域】
[0002]本發明屬于金屬-半導體納米材料的制備領域，特別涉及一種羥基氧化鐵納米棒-金納米顆粒雜化結構的制備方法。
[0003]
【背景技術】
[0004]羥基氧化鐵的化學成分是a -FeOOH,是一類集吸附和光催化于一體的半導體材料。為了能夠更好的提高羥基氧化鐵的催化效果，現在很多的研究人員將目光對準了羥基氧化鐵與其他納米材料的復合結構，如當將羥基氧化鐵與二氧化鈦復合后，由于二者的導帶能及差異，從而能夠使得光生電子在界面間發生自發遷移，使得光生電子和空穴有效分離，從而能夠提高光催化劑的量子效率。除此之外，半導體與金屬材料的復合結構也在得到人們的關注，不過大多數的研究主要對象是硫化鎘或者硒化鎘納米材料和貴金屬之間的復合，通過構建合適結構的金屬半導體雜化結構，就能夠實現光生電子和空穴的分離，空穴留在半導體表面，而電子在儲存在金屬材料部分，這種復合結構對于催化以及光能利用有重要影響。
[0005]但是對于羥基氧化鐵和金納米材料的復合結構，迄今仍未有許多研究，但是對于羥基氧化鐵而言，由于其容易形成梭狀結構，而通過光的照射作用，所產生的電子和空穴能夠有最大距離的分開，如果再復合金屬納米顆粒，這種復合納米材料的催化性能將是非常值得期待。
[0006]對于這種有著應用前景的復合納米材料，如何采用一種簡便并且高效的方法來制備是大家所關注的重點。
[0007]
【發明內容】
[0008]本發明的目的是針對上述問題，研制出一種羥基氧化鐵納米棒-金納米顆粒的制備方法，通過在完全水相的環境下，使用常見的化學試劑，在較為溫和的條件下，制備出在羥基氧化鐵上沉積有直徑為1-3納米金納米顆粒的金屬半導體復合材料。
[0009]一種羥基氧化鐵納米棒-金納米顆粒雜化結構的制備方法，其步驟如下:
步驟I):制備氯金酸，取Ig氯金酸固體溶于10ml水中，配制均一透明的溶液Α，在該制備過程中，所有容器均先使用王水清洗，再使用去離子水沖洗兩次，以下步驟均同；
步驟2):配制氫氧化銨ΝΗ40Η溶液，使用alfa公司所生產的質量濃度為38%的氫氧化銨，稀釋10倍，配制得到溶液B;
步驟3):在室溫緩慢攪拌條件下，向50-100ml的A溶液中緩慢加入10_50mlB溶液，得到均一透明的溶液C ; 步驟4):使用水合氧化鐵(Fe5H08.4H20)納米粒子為前驅化合物，以CTAB作為表面活性劑，在反應溫度為90°C、反應液的pH值為6、老化時間為120小時的條件下，經水解反應制備了棒狀羥基氧化鐵a -FeOOH納米溶液D，其長度為50_100nm ；
步驟5):取羥基氧化鐵納米溶液濃度為0.0OlM的溶液D和溶液C混合，然后進行加熱，將溫度升至60-100°C，并加入l_3ml檸檬酸鈉溶液，攪拌0.5-2小時，隨后冷卻至室溫，得到淡黃色溶液E ；
步驟6):將淡黃色溶液E進行離心分離，去離子水和乙醇洗滌，即可獲得穩定的水溶性的輕基氧化鐵納米棒-金納米顆粒雜化結構，金納米顆粒的尺寸為l_3nm。
[0010]作為優選，步驟5)中反應溫度為80V O
[0011]作為優選,步驟5)中的攪拌速度為1500rpm/min。
[0012]本發明的合成機理可能為氫氧化銨首先還原氯金酸，得到金納米顆粒前驅體，在將該前驅體與羥基氧化鐵納米棒的CTAB溶液混合，通過在高溫條件下加入少量的檸檬酸鈉，金納米顆粒在羥基氧化鐵上異相成核，從而形成羥基氧化鐵納米棒-金納米顆粒復合材料。
[0013]在本發明中，氫氧化銨和檸檬酸鈉的雙還原劑的兩步還原作用非常重要，當只使用氫氧化銨進行還原時，容易得不到含有金納米顆粒的復合材料，或者所形成的金納米顆粒不在羥基氧化鐵上均勻分散；而當只使用檸檬酸鈉時，所形成的金納米顆粒將具有非常大的粒徑，一般都在15nm以上，并且此時的金納米顆粒很容易均相成核，只會形成金納米顆粒，不容易與羥基氧化鐵進行復合。羥基氧化鐵納米棒溶液中的CTAB對于羥基氧化鐵納米棒-金納米顆粒復合材料的穩定性也有重要影響，同時，由于納米材料在制備過程中，反應的溫度、時間以及反應的快慢等工藝參數都會對復合納米材料的生成產生重要影響。
[0014]本發明的有益效果:
(1)本發明的制備過程簡單，并且大多為水相的制備工藝，沒有添加有機溶劑，實驗條件溫和，綠色環保；
(2)本發明制備工藝可控，通過調節各工藝參數，也能相應調節復合材料的結構和組成；
(3)本發明制備得到的在羥基氧化鐵納米棒上沉積的金納米顆粒具有均一的形貌和超小的尺寸；最小的尺寸可小至lnm，該尺寸的復合納米材料將在光催化以及熱催化等諸多領域有重要應用。
[0015](4)本發明制備羥基氧化鐵納米棒-金納米顆粒雜化結構的方法重復性好，便于工業生產。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]以下，結合附圖來詳細說明本發明的實施方案，其中:
圖1為本發明實施例1所制備的羥基氧化鐵納米棒-金納米顆粒雜化結構TEM圖；
圖2為本發明實施例2所制備的羥基氧化鐵納米棒-金納米顆粒雜化結構能譜圖；
圖3為本發明實施例3所制備的羥基氧化鐵納米棒-金納米顆粒雜化結構STEM圖圖4為本發明對比例I所制備的羥基氧化鐵納米棒(沒有沉積上金納米顆粒)TEM圖。
【具體實施方式】
[0017]下面結合具體的實施例，并參照數據進一步詳細描述本發明。應理解，這些實施例只是為了舉例說明本發明，而非以任何方式限制本發明的范圍。
[0018]實施例1:
一種羥基氧化鐵納米棒-金納米顆粒雜化結構的制備方法:
步驟I):制備氯金酸，取Ig氯金酸固體溶于10ml水中，配制均一透明的溶液A，在該制備過程中，所有容器均先使用王水清洗，再使用去離子水沖洗兩次，以下步驟均同；
步驟2):配制氫氧化銨NH40H溶液，使用alfa公司所生產的質量濃度為38%的氫氧化銨，稀釋10倍，配制得到溶液B;
步驟3):在室溫緩慢攪拌條件下，向50ml的A溶液中緩慢加入1mlB溶液，得到均一透明的溶液C ;
步驟4):使用水合氧化鐵(Fe5H08.4H20)納米粒子為前驅化合物，以CTAB作為表面活性劑，在反應溫度為90°C、反應液的pH值為6、老化時間為120小時的條件下，經水解反應制備了棒狀羥基氧化鐵a -FeOOH納米溶液D，其長度為70nm ；
步驟5):取羥基氧化鐵納米溶液濃度為0.0OlM的溶液D和溶液C混合，然后進行加熱，將溫度升至80°C，并加入2ml檸檬酸鈉溶液，攪拌I小時，隨后冷卻至室溫，得到淡黃色溶液E ；
步驟6):將淡黃色溶液E進行離心分離，去離子水和乙醇洗滌，即可獲得穩定的水溶性的輕基氧化鐵納米棒-金納米顆粒雜化結構，金納米顆粒的尺寸為1.5nm。
[0019]實施例2:
一種羥基氧化鐵納米棒-金納米顆粒雜化結構的制備方法:
步驟I):制備氯金酸，取Ig氯金酸固體溶于10ml水中，配制均一透明的溶液A，在該制備過程中，所有容器均先使用王水清洗，再使用去離子水沖洗兩次，以下步驟均同；
步驟2):配制氫氧化銨NH40H溶液，使用alfa公司所生產的質量濃度為38%的氫氧化銨，稀釋10倍，配制得到溶液B;
步驟3):在室溫緩慢攪拌條件下，向10ml的A溶液中緩慢加入50mlB溶液，得到均一透明的溶液C ;
步驟4):使用水合氧化鐵(Fe5H08.4H20)納米粒子為前驅化合物，以CTAB作為表面活性劑，在反應溫度為90°C、反應液的pH值為6、老化時間為120小時的條件下，經水解反應制備了棒狀羥基氧化鐵a -FeOOH納米溶液D，其長度為10nm ；
步驟5):取羥基氧化鐵納米溶液濃度為0.0OlM的溶液D和溶液C混合，然后進行加熱，將溫度升至100°C，并加入Iml檸檬酸鈉溶液，攪拌2小時，隨后冷卻至室溫，得到淡黃色溶液E ；
步驟6):將淡黃色溶液E進行離心分離，去離子水和乙醇洗滌，即可獲得穩定的水溶性的輕基氧化鐵納米棒-金納米顆粒雜化結構，金納米顆粒的尺寸為2nm。
[0020]實施例3:
一種羥基氧化鐵納米棒-金納米顆粒雜化結構的制備方法:
步驟I):制備氯金酸，取Ig氯金酸固體溶于10ml水中，配制均一透明的溶液A，在該制備過程中，所有容器均先使用王水清洗，再使用去離子水沖洗兩次，以下步驟均同； 步驟2):配制氫氧化銨NH40H溶液，使用alfa公司所生產的質量濃度為38%的氫氧化銨，稀釋10倍，配制得到溶液B;
步驟3):在室溫緩慢攪拌條件下，向10ml的A溶液中緩慢加入50mlB溶液，得到均一透明的溶液C ;
步驟4):使用水合氧化鐵(Fe5H08.4H20)納米粒子為前驅化合物，以CTAB作為表面活性劑，在反應溫度為80°C、反應液的pH值為6、老化時間為120小時的條件下，經水解反應制備了棒狀羥基氧化鐵a -FeOOH納米溶液D，其長度為90nm ；
步驟5):取羥基氧化鐵納米溶液濃度為0.0OlM的溶液D和溶液C混合，然后進行加熱，將溫度升至100°C，并加入Iml檸檬酸鈉溶液，攪拌2小時，隨后冷卻至室溫，得到淡黃色溶液E ；
步驟6):將淡黃色溶液E進行離心分離，去離子水和乙醇洗滌，即可獲得穩定的水溶性的輕基氧化鐵納米棒-金納米顆粒雜化結構，金納米顆粒的尺寸為2nm。
[0021]實施例4:
一種羥基氧化鐵納米棒-金納米顆粒雜化結構的制備方法:
步驟I):制備氯金酸，取Ig氯金酸固體溶于10ml水中，配制均一透明的溶液A，在該制備過程中，所有容器均先使用王水清洗，再使用去離子水沖洗兩次，以下步驟均同；
步驟2):配制氫氧化銨NH40H溶液，使用alfa公司所生產的質量濃度為38%的氫氧化銨，稀釋10倍，配制得到溶液B;
步驟3):在室溫緩慢攪拌條件下，向50ml的A溶液中緩慢加入50mlB溶液，得到均一透明的溶液C ;
步驟4):使用水合氧化鐵(Fe5H08.4H20)納米粒子為前驅化合物，以CTAB作為表面活性劑，在反應溫度為90°C、反應液的pH值為6、老化時間為120小時的條件下，經水解反應制備了棒狀羥基氧化鐵a -FeOOH納米溶液D，其長度為70nm ；
步驟5):取羥基氧化鐵納米溶液濃度為0.0OlM的溶液D和溶液C混合，然后進行加熱，將溫度升至90°C，并加入2ml檸檬酸鈉溶液，攪拌I小時，隨后冷卻至室溫，得到淡黃色溶液E ；
步驟6):將淡黃色溶液E進行離心分離，去離子水和乙醇洗滌，即可獲得穩定的水溶性的輕基氧化鐵納米棒-金納米顆粒雜化結構，金納米顆粒的尺寸為3nm。
[0022]實施例5:
一種羥基氧化鐵納米棒-金納米顆粒雜化結構的制備方法:
步驟I):制備氯金酸，取Ig氯金酸固體溶于10ml水中，配制均一透明的溶液A，在該制備過程中，所有容器均先使用王水清洗，再使用去離子水沖洗兩次，以下步驟均同；
步驟2):配制氫氧化銨NH40H溶液，使用alfa公司所生產的質量濃度為38%的氫氧化銨，稀釋10倍，配制得到溶液B;
步驟3):在室溫緩慢攪拌條件下，向50ml的A溶液中緩慢加入1mlB溶液，得到均一透明的溶液C ;
步驟4):使用水合氧化鐵(Fe5H08.4H20)納米粒子為前驅化合物，以CTAB作為表面活性劑，在反應溫度為90°C、反應液的pH值為6、老化時間為120小時的條件下，經水解反應制備了棒狀羥基氧化鐵a -FeOOH納米溶液D，其長度為70nm ； 步驟5):取羥基氧化鐵納米溶液濃度為0.0OlM的溶液D和溶液C混合，然后進行加熱，將溫度升至60°C，并加入Iml檸檬酸鈉溶液，攪拌I小時，隨后冷卻至室溫，得到淡黃色溶液E ；
步驟6):將淡黃色溶液E進行離心分離，去離子水和乙醇洗滌，即可獲得穩定的水溶性的輕基氧化鐵納米棒-金納米顆粒雜化結構，金納米顆粒的尺寸為3nm。
[0023]對比例1:
一種納米材料的制備方法:
步驟I):制備氯金酸，取Ig氯金酸固體溶于10ml水中，配制均一透明的溶液A，在該制備過程中，所有容器均先使用王水清洗，再使用去離子水沖洗兩次，以下步驟均同；
步驟2):配制氫氧化銨NH40H溶液，使用alfa公司所生產的質量濃度為38%的氫氧化銨，稀釋10倍，配制得到溶液B;
步驟3):在室溫緩慢攪拌條件下，向50ml的A溶液中緩慢加入1mlB溶液，得到均一透明的溶液C ;
步驟4):使用水合氧化鐵(Fe5H08.4H20)納米粒子為前驅化合物，以CTAB作為表面活性劑，在反應溫度為90°C、反應液的pH值為6、老化時間為120小時的條件下，經水解反應制備了棒狀羥基氧化鐵a -FeOOH納米溶液D，其長度為70nm ；
步驟5):取羥基氧化鐵納米溶液濃度為0.0OlM的溶液D和溶液C混合，然后進行加熱，將溫度升至80°C，攪拌I小時，隨后冷卻至室溫，得到溶液E ；
步驟6):將溶液E進行離心分離，去離子水和乙醇洗滌，即可獲得產物，不過沒有金納米顆粒沉積在羥基氧化鐵上。
[0024]對比例2:
一種納米材料的制備方法:
步驟I):制備氯金酸，取Ig氯金酸固體溶于10ml水中，配制均一透明的溶液A，在該制備過程中，所有容器均先使用王水清洗，再使用去離子水沖洗兩次，以下步驟均同；
步驟2):配制氫氧化銨NH40H溶液，使用alfa公司所生產的質量濃度為38%的氫氧化銨，稀釋10倍，配制得到溶液B;
步驟3):在室溫緩慢攪拌條件下，向50ml的A溶液中緩慢加入1mlB溶液，得到均一透明的溶液C ;
步驟4):使用水合氧化鐵(Fe5H08.4H20)納米粒子為前驅化合物，以CTAB作為表面活性劑，在反應溫度為90°C、反應液的pH值為6、老化時間為120小時的條件下，經水解反應制備了棒狀羥基氧化鐵a -FeOOH納米溶液D，其長度為70nm ；
步驟5):取羥基氧化鐵納米溶液濃度為0.0OlM的溶液D和溶液C混合，然后進行加熱，將溫度升至40°C，并加入2ml檸檬酸鈉溶液，攪拌I小時，隨后冷卻至室溫，得到液E ；
步驟6):將溶液E進行離心分離，去離子水和乙醇洗滌，也不能得到氧化鐵納米棒-金納米顆粒雜化結構，沒有金納米顆粒，只有羥基氧化鐵納米棒。
【權利要求】
1.一種羥基氧化鐵納米棒-金納米顆粒雜化結構的制備方法，其特征在于: 步驟I):制備氯金酸，取Ig氯金酸固體溶于10ml水中，配制均一透明的溶液A，在該制備過程中，所有容器均先使用王水清洗，再使用去離子水沖洗兩次，以下步驟均同； 步驟2):配制氫氧化銨NH40H溶液，使用alfa公司所生產的質量濃度為38%的氫氧化銨，稀釋10倍，配制得到溶液B; 步驟3):在室溫緩慢攪拌條件下，向50-100ml的A溶液中緩慢加入10_50mlB溶液，得到均一透明的溶液C ; 步驟4):使用水合氧化鐵(Fe5H08.4H20)納米粒子為前驅化合物，以CTAB作為表面活性劑，在反應溫度為90°C、反應液的pH值為6、老化時間為120小時的條件下，經水解反應制備了棒狀羥基氧化鐵a -FeOOH納米溶液D，其長度為50_100nm ； 步驟5):取羥基氧化鐵納米溶液濃度為0.0OlM的溶液D和溶液C混合，然后進行加熱，將溫度升至60-100°C，并加入l_3ml檸檬酸鈉溶液，攪拌0.5-2小時，隨后冷卻至室溫，得到淡黃色溶液E ； 步驟6):將淡黃色溶液E進行離心分離，去離子水和乙醇洗滌，即可獲得穩定的水溶性的輕基氧化鐵納米棒-金納米顆粒雜化結構，金納米顆粒的尺寸為l_3nm。
2.一種如權利要求1所述的羥基氧化鐵納米棒-金納米顆粒雜化結構的制備方法，其特征在于步驟5)中反應溫度為80°C。
3.—種如權利要求1或2所述的羥基氧化鐵納米棒-金納米顆粒雜化結構的制備方法，其特征在于步驟5)中的攪拌速度為1500rpm/min。
【文檔編號】B82Y30/00GK104209534SQ201410368626
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年7月30日 優先權日:2014年7月30日
【發明者】黃曉明, 呂帥 申請人:蘇州鉉動三維空間科技有限公司