新型氧化鐵納米材料的分析進(jìn)展

新型氧化鐵納米材料的分析進(jìn)展氧化鐵納米材料具有不同的形貌和構(gòu)造，包括納米顆粒、納米棒、納米帶和納米薄膜等。它們優(yōu)異的物理和化學(xué)性質(zhì)在眾多領(lǐng)域內(nèi)顯示出廣闊的應(yīng)用前景，如催化、磁性材料和生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。制備具有新穎形貌和構(gòu)造的氧化鐵納米材料及其應(yīng)用研究已經(jīng)成為納米材料領(lǐng)域的研究前沿和熱點(diǎn)之一。本文綜述了新型氧化鐵納米材料的制備、構(gòu)造以及應(yīng)用的研究進(jìn)展，探討了該研究領(lǐng)域亟待解決的問題以及今后可能的發(fā)展前景。

納米氧化鐵因其具有量子尺寸效應(yīng)、表面和界面效應(yīng)、高順磁性、催化活性、高靈敏度與選擇性等方面的優(yōu)異的物理性能，因此有關(guān)其制備和應(yīng)用是納米材料領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。而納米氧化鐵的形貌和構(gòu)造是決定其優(yōu)異性能的重要因素，因此探索和改善納米氧化鐵的制備方法具有重大的意義。目前，制備納米氧化鐵的方法主要為水熱法和熱解法。研究者們已經(jīng)采用不同的方法制備出了氧化鐵納米顆粒、納米線、納米管、納米棒和納米薄膜等納米構(gòu)造單元。國內(nèi)外制備的納米氧化鐵主要應(yīng)用在生物醫(yī)藥、催化和磁性材料等領(lǐng)域。1、制備

1.1、水熱法

焦華在140℃~220℃條件下，通過鐵絲與C4H4O6Na2溶液水熱反應(yīng)，可控合成了氧化鐵球狀、棒狀和帶狀等納米構(gòu)造材料。考察了原料溶液濃度和反應(yīng)溫度對產(chǎn)物形貌的影響。傅海萍等在三乙烯四胺存在的條件下，采用水熱法制得了形貌一致、尺寸均勻的氧化鐵納米立方塊。表征結(jié)果說明，該納米材料具有較好的結(jié)晶度，尺寸約為100nm。陳建君等在不使用模板劑和表面活性劑的條件下，以K3Fe(CN)6和NaOH為原料，采用水熱法制得了帶孔的花狀納米氧化鐵?？疾炝嘶罴{米氧化鐵的形成機(jī)理。表征結(jié)果說明，厚度約為20nm的多孔“花瓣”組成多孔花狀納米氧化鐵，“花瓣”的直徑約為8μm。阿力塔等采用水熱法制得了絨球狀氧化鐵納米球?？疾炝酥苽錅囟群捅砻婊钚詣ρ趸F納米球純度及構(gòu)造的影響。表征結(jié)果說明，該納米球是由赤鐵礦和四方纖鐵礦組成的。周秋玲等利用硝酸鐵和油酸鈉為原料，采用高溫水熱法，制得了多種氧化鐵納米構(gòu)造?？疾炝怂疅岱磻?yīng)時間、反應(yīng)溫度和熱處理過程對產(chǎn)物微觀構(gòu)造的影響。在高溫，反應(yīng)時間較短的條件下，可以制得直徑為15nm、長度為3μm的納米線構(gòu)造；反應(yīng)時間較長，則制得邊長為15nm的氧化鐵納米四方顆粒。在不同溫度條件下熱處理含有羥基氧化鐵相的氧化鐵納米線，可以制備得到直徑為15nm，長度為1μm的氧化鐵納米線。

1.2、熱分解法

熱解法是在含有穩(wěn)定劑的高沸點(diǎn)有機(jī)溶劑中熱解鐵有機(jī)化合物制備氧化鐵納米顆粒。穩(wěn)定劑主要采用的是脂肪酸、油酸、十六胺等。熱解法制備氧化鐵納米顆粒的大小及形貌主要由起始反應(yīng)物的摩爾比決定。另外，也受溫度和反應(yīng)時間的影響。車如心等在空氣中，利用熱分解反應(yīng)使乙酰丙酮鐵轉(zhuǎn)變成氧化鐵納米顆粒。利用表征手段對產(chǎn)物開展構(gòu)造及形貌的表征。結(jié)果說明，氧化鐵納米顆粒的直徑約為20nm，顆粒間排列嚴(yán)密。鐘乃良等使用十六烷基羧甲砜基氫氧化鐵和丁基羧甲砜基氫氧化鐵為原料，采用熱解法制得了氧化鐵納米顆粒。表征結(jié)果說明，該納米顆粒直徑在8nm~18nm之間。

圖1立方體型氧化鐵納米顆粒的TEM照片

1.3、其它方法

萬瑩等采用陽極氧化法，在鐵片表面制得了納米氧化鐵。表征結(jié)果說明，相比直接煅燒法制備的納米氧化鐵，陽極氧化法制得的氧化鐵表層納米絲更為密集，其親水性能表現(xiàn)出較高的穩(wěn)定性，至少可保持三天。

圖2氧化鐵納米球、納米棒和納米花的SEM照片2、應(yīng)用

2.1、催化

靳海波等采用自制的納米氧化鐵作為催化劑，分別以叔丁基過氧化氫和異丁醛為引發(fā)劑，考察了溫和條件、引發(fā)劑用量、催化劑用量、空氣用量對催化反應(yīng)的效果。研究結(jié)果說明，以叔丁基過氧化氫和異丁醛為引發(fā)劑，環(huán)己烷的轉(zhuǎn)化率分別可到達(dá)15.5%和16.8%，環(huán)己醇、環(huán)己酮、環(huán)己基過氧化物總選擇性分別為90.2%和94.5%。

2.2、磁性材料

李夢雅等研究了葡聚糖修飾的超順磁性納米氧化鐵液體，觀察和測定了樣品的性狀、pH值、鐵濃度、粒徑、飽和磁化強(qiáng)度等參數(shù)。研究結(jié)果說明，葡聚糖修飾的納米級超順磁性氧化鐵穩(wěn)定性較好，為進(jìn)一步將其作為磁共振成像比照劑及靶向基因載體研究奠定了根底。喬瑞瑞等綜述了磁性氧化鐵納米顆粒在磁共振成像方面的應(yīng)用。

目前，磁性氧化鐵納米顆粒已經(jīng)開始應(yīng)用于主動識別的磁共振分子影像領(lǐng)域?？偨Y(jié)了磁性氧化鐵納米顆粒在生物體內(nèi)的應(yīng)用，介紹了氧化鐵磁性納米顆粒的制備及其在疾病方面的研究進(jìn)展。

2.3、生物醫(yī)學(xué)

楊芹芹等采用紫外-可見吸收光譜、拉曼光譜及瓊脂糖凝膠電泳等手段研究了氧化鐵納米顆粒與小牛胸腺DNA的相互作用。結(jié)果說明，氧化鐵納米顆粒干擾使DNA分子堿基外露。DNA分子堿基、脫氧核糖以及磷酸骨架均受到氧化鐵納米顆粒一定程度的干擾。DNA分子并沒有因干擾而發(fā)生斷裂、雙鏈解開等變化。Pfaller等研究直徑約為7.3nm的氧化鐵納米顆粒對免疫反應(yīng)的影響。研究說明，摻入的氧化鐵納米顆粒不會明顯刺激與人體免疫有關(guān)的基因和細(xì)胞因子。武新英等研究了RGD肽標(biāo)記的以聚乳酸為包被材料的超順磁性氧化鐵，并在體外和體內(nèi)實(shí)驗中考察了其檢測腫瘤血管生成的能力。

2.4、其它

李廣川等利用原子吸收光譜法考察了氧化鐵納米材料對水中鎘離子的吸附性能?？疾旖Y(jié)果說明，pH在8.0~9.0之間時，納米氧化鐵對鎘離子吸附率可達(dá)96%以上。劉芳等使用納米氧化鐵修飾電極來測定抗壞血酸。研究結(jié)果說明，該傳感器在緩沖溶液中對1.0×10-6~1.0×10-3mol/L濃度范圍內(nèi)的抗壞血酸標(biāo)準(zhǔn)溶液呈良好的線性關(guān)系，檢出限為8.9×10-7mol/L。許艷霞等使用納米氧化鐵修飾玻碳電極，考察了鎘離子在該修飾電極上的溶出伏安行為。結(jié)果說明，氧化鐵納米顆粒能有效促進(jìn)鎘離子的溶出伏安響應(yīng)。一些常見的陽離子以及陰離子對鎘離子的檢測無明顯干擾。3、結(jié)果與展望

氧化鐵納米材料是一類新型納米材料，其獨(dú)特的形貌和構(gòu)造使其具有優(yōu)異的理化性質(zhì)，顯示出了很好的科研價值和廣闊的應(yīng)用前景。目前，人們已經(jīng)采用多種方法制得了不同形貌和構(gòu)造的納米氧化鐵，在研究上取得了不錯的成績。但是，仍有幾大問題亟待解決：

①氧化鐵納米材料的制備方法多種多樣，并不斷被改良和創(chuàng)新，但每種方法都各有優(yōu)缺點(diǎn)，因此很難進(jìn)一步完善，使一種方法能夠揚(yáng)長避短，集優(yōu)點(diǎn)于身，以到達(dá)放量制備滿足工業(yè)化的需求；

②如何通過改變實(shí)驗參數(shù)對氧化鐵納米材料的構(gòu)造和形貌可控制