四氧化三鐵納米粉體的制備及表征

1、四氧化三鐵納米粉體的制備及表征四氧化三鐵納米粉體的制備及表征南理工孫暢邱星屏邱星屏廈門大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院廈門大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院材料科學(xué)系材料科學(xué)系神奇的納米四氧化三鐵神奇的納米四氧化三鐵 磁性納米粒子在理論和實際應(yīng)用上都有著重大的意義。目前，納米粒子正逐步的取代微米粒子，走上歷史的舞臺。 在磁記錄方面磁性納米粒子可用于高密度磁記錄材料的制備。 在生物技術(shù)領(lǐng)域, 用磁性納米粒子制成的磁性液體已廣泛用于磁性免疫細(xì)胞分離核磁共振的造影成像以及藥物控制釋放等在已報道的各類磁性納米粒子中。 有關(guān)四氧化三鐵( Fe3O4) 納米晶體的制備方法及應(yīng)用研究尤其受到重視通過控制適當(dāng)?shù)姆磻?yīng)條件, 人們已經(jīng)能夠制備出直

2、徑從幾個至幾十個納米的四氧化三鐵納米粒子。 與塊體磁性材料不同,由于納米粒子的尺寸極小( 1100 nm) ,常常表現(xiàn)出超順磁性: 即在其磁滯回線上無頑磁和剩磁。納米四氧化三鐵的制備納米四氧化三鐵的制備（水解法）（水解法） Massart 水解法:將摩爾比為 2 1 的三價鐵鹽( Fe3+)與二價鐵鹽( Fe2+) 混合溶液直接加入到強(qiáng)堿性的水溶液中, 鐵鹽在強(qiáng)堿性水溶液中瞬間水解結(jié)晶形成四氧化三鐵( Fe3O4) 納米晶體。 滴定水解法：稀堿溶液滴加到摩爾比為 2: 1 的三價鐵鹽( Fe3+)與二價鐵鹽(Fe2+)混合溶液中, 使鐵鹽溶液的 pH 值逐步升高, 達(dá)到67 時, 水解生成 F

3、e3O4 納米晶體。兩種方法都可以制備出兩種方法都可以制備出納米四氧三鐵納米四氧三鐵粒子，但是制備出的粒子的表征和性粒子，但是制備出的粒子的表征和性能卻不盡相同，因此試驗比較。能卻不盡相同，因此試驗比較。具體制備具體制備 Massart水解法水解法：0.85g(3.1mmol)FeCl3。6H2O與0.30 g(1.5mmol)FeCl24H2O,在氮氣保護(hù)下將上述鐵溶解于10mL二次蒸溜水中。在強(qiáng)烈的磁力攪拌下將鐵鹽混合溶液滴加入200mL,1. mol/L 的氫氧化(NH4OH)溶液中。水解產(chǎn)生的黑色四氧化三鐵晶用磁鐵從溶液分離出來,用蒸溜水洗滌3 次,然后分于20mL蒸溜水中。四氧化三鐵

4、(Fe3O4)在水中的量,是從上述分散液中取出部分溶液,烘干后稱重得到。具體制備具體制備 滴定水解法滴定水解法：稱取0.85g(3.1mmol)FeCl36H2O與0.30 g(1.5mmol)FeCl24H2O,在氮氣保護(hù)下溶解于200mL二次蒸溜水中。在強(qiáng)烈的磁力攪拌下, 將1.5M的氫氧化氨(NH4OH)溶液緩慢加入上述鐵鹽的混合溶液中,當(dāng)溶液pH值升高到67時,鐵鹽水解產(chǎn)生大量的黑色四氧化三鐵晶體粒子。繼續(xù)滴加氫氧化氨至pH=8,使水解趨圖Fe3O4納米粒子的XRD譜圖(a)滴定水解法制備得到的Fe3O4晶體粒子(b) Massart 水解法制備得到的Fe3O4 晶體粒子Fig.1XR

5、D patterns of Fe3O4 nano-particles于完全。四氧化三鐵粒子采用以上同樣方法分離純化。實驗結(jié)果實驗結(jié)果Fe3O4 納米粒子的 XRD 譜圖(a)滴定水解法制備得到的 Fe3O4 晶體粒子(b)Massart 水解法制備得到的 Fe3O4 晶體粒子圖1(a)的衍射峰較尖銳,而圖(b)的衍射峰則較寬。說明由滴定水解法制備得到的 Fe3O4 納米粒子的晶體比較粗大或粒徑分布比較窄,Massart水解法制備得到的Fe3O4納米粒子的晶體比較細(xì)小或粒徑分布比較寬。實驗結(jié)果實驗結(jié)果Fe3O4納米粒子的TEM照片(a)滴定水解法制備得到的Fe3O4晶體粒子(b)Massart水

6、解法制備得到的Fe3O4晶體粒子由滴定水解法制備得到的Fe3O4納米粒子主要為球形結(jié)構(gòu)。粒子大小均勻。粒子的直徑均在510nm之間。平均直徑約為 8 nm. 從圖(b)可以看出,由 Massart方法水解得到的Fe3O4納米粒子的外形不很規(guī)則,包含從球形到立方體之間的多種形態(tài)的粒子。雖然粒子的平均直徑與滴定水解法制備的Fe3O4粒子差不多,但粒子大小分布不如前者均勻,包含一些直徑小于5 nm及大于10nm的顆粒。實驗結(jié)果實驗結(jié)果兩種粒子的磁滯回線均無頑磁和剩磁。這表明上述兩種四氧化三鐵納米粒子都具有超順磁性。從磁滯回線還可以看出,由滴定水解法制得的磁性粒子的飽和磁矩(Rs)略高于Massart

7、方法制得的磁性粒子,但相差不大。綜上所述綜上所述 采用采用1.5 mol/L的氫氧化氨稀溶液作水解液的氫氧化氨稀溶液作水解液,由由Massart合成法和滴定水解法均能夠制得粒子直合成法和滴定水解法均能夠制得粒子直徑在徑在510nm之間的之間的Fe3O4磁性粒子。其中磁性粒子。其中,由由Massart合成法得到的合成法得到的Fe3O4磁性粒子呈現(xiàn)從球磁性粒子呈現(xiàn)從球形到立方體形的多種形狀。而由滴定水解法合成形到立方體形的多種形狀。而由滴定水解法合成得到的得到的Fe3O4磁性粒子則主要為球形結(jié)構(gòu)磁性粒子則主要為球形結(jié)構(gòu),粒子大粒子大小比較均勻。從磁性測量結(jié)果來看小比較均勻。從磁性測量結(jié)果來看, 由上述兩種由上述兩種方法合成的方法合成的Fe3O4磁性粒子的飽和磁矩相近磁性粒子的飽和磁矩相近,這與這與電鏡照片觀察到的兩種粒子的尺寸相接近的結(jié)果電鏡照片觀察到的兩種粒子的尺寸相接近的結(jié)果一致。一致。個人所見個人所見 Massart合成法的效果不如滴定水解法。但合成法的效果不如滴定水解法。但是合成方法相對簡單。對于那些對粒子的是合成方法相對簡單。對于那些對粒子的形狀要求不高的方案，盡可以使用形狀要求不高的方案，盡可以使用Massart合成法。而對那些精益求精的實驗