專利名稱：碳糖微球模板法制備空心球形貌α-Fe₂O₃的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于環(huán)境污染治理技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種空心球形貌α -Fe2O3的制備方法，特別涉及到一種模板法制備空心球形貌α -Fe2O3的方法。
背景技術(shù)：
全球范圍的環(huán)境污染問(wèn)題制約著人類文明前進(jìn)的步伐，而環(huán)境污染物的消除更需 要消耗大量的能源，這給日益枯竭的能源提出嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。目前公認(rèn)較好的五種清潔能源 水電、風(fēng)能、太陽(yáng)能、氫能和生物質(zhì)能，其中太陽(yáng)能無(wú)污染又充足，每天照射到地球上的太陽(yáng) 能是全球每天所需能源的一萬(wàn)倍以上，因此太陽(yáng)能的開(kāi)發(fā)成為解決問(wèn)題的關(guān)鍵。利用太陽(yáng) 能的核心就是開(kāi)發(fā)高效的可見(jiàn)光響應(yīng)型半導(dǎo)體光催化劑。目前國(guó)內(nèi)外光催劑的研究多數(shù)停 留在二氧化鈦及相關(guān)修飾。盡管這些工作卓有成效，但是在規(guī)模化利用太陽(yáng)能方面還遠(yuǎn)遠(yuǎn) 不夠。因此搜尋高效太陽(yáng)光響應(yīng)型半導(dǎo)體作為新型光催化劑成為當(dāng)前此領(lǐng)域最重要的課 題。TiO2帶隙寬度為3. 2eV,而α -Fe2O3的帶隙寬度為2. 2eV,比TiO2窄，其光響應(yīng) 波長(zhǎng)(最大激發(fā)波長(zhǎng)560nm)較TiO2的紫外線吸收波長(zhǎng)(380nm)長(zhǎng)，在可見(jiàn)光區(qū)具有較 強(qiáng)的光吸收能力，能吸收約30%的太陽(yáng)光能(婁向東；王天喜；劉雙枝環(huán)境污染治理技 術(shù)與設(shè)備.2006，7，97-99)，對(duì)太陽(yáng)能的利用率增大。因此，研究α-Fe2O3光催化材料具 有重大的現(xiàn)實(shí)意義。納米材料的催化性能在很大程度上決定于納米粒子的微觀形貌，因 此合成各種特殊形貌的納米粒子成了納米科學(xué)領(lǐng)域不可或缺的重要組成部分。近年來(lái) Jiang 等人(Jiang, G. H Jiang, J. S.J. InorgMater. 2005，20，1066-1070)采用高聚物聚 乙二醇為模板法制備了棒狀α -Fe2O3納米粒子。Zhang等人(Zhang，Y. P ；Chu, Y ；Dong, L. H. Nanotechnology. 2007，43，1-5)采用聚苯乙烯為模板制備了海膽形貌的α -Fe2O3空心 納米粒子。Hai 等人(Hai，K ；Tang, D. S ；Yuan, H. J. ActaPhysSin-ChEd. 2009，58，1120-1125) 采用鐵直接熱氧化的方法制備了 α-Fe2O3納米帶和納米線。前面所述的制備一維Ci-Fe2O3 納米粒子的報(bào)道比較多，但是制備空心球形貌的α -Fe2O3使用的是價(jià)格昂貴的分析純聚苯 乙烯為模板，難以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種操作簡(jiǎn)單、無(wú)污染、成本低、產(chǎn)品分散性好的 模板法制備α-Fe2O3納米空心球的方法。本發(fā)明的制備方法如下1)碳糖微球模板的制備稱量7_16g葡萄糖溶解于80ml去離子水中，放入恒溫水 浴磁力攪拌鍋中在20°C下攪拌直到溶液完全澄清，然后將得到的透明溶液放入IOOml反應(yīng) 釜中并將反應(yīng)釜密封好，150-180°C下水熱反應(yīng)5-24h后取出反應(yīng)釜室溫自然冷卻。將得到 的大量絮狀黑色或者褐色的固體產(chǎn)物用高速離心或者抽濾的方法進(jìn)行水洗/醇洗/分離， 反復(fù)3次上述過(guò)程后將產(chǎn)物在80°C烘干4h，得到大小均一、分散性好的碳糖模板。
2) α-Fe2O3空心球前驅(qū)體的制備首先，將ImmolFe (NO3) 3溶解于乙醇水溶液中 (20ml乙醇，2ml水)形成澄清溶液，在劇烈攪拌的條件下再將IOmmol尿素加入到上述 Fe (NO3)3溶液中。然后，在超聲的條件下向前面制備的Fe(NO3)3溶液中加入IOOmg碳糖微 球使其很好的分散于上面的溶液中，并且將得到的混合溶液倒入250ml的圓底燒瓶中，在 水浴60°C劇烈攪拌的條件下保持48h。在攪拌過(guò)程中為了防止乙醇蒸干，要用塞子將燒瓶 口用封住。最后，將得到的樣品水洗/醇洗/分離，60°C的條件下干燥4h，得到α-Fe2O3空 心球前驅(qū)體。3) α -Fe2O3空心球的制備將干燥后的樣品放入馬弗爐中以1°C /min速度從室溫 程序升溫到450°C，再在450°C的條件下煅燒2h，最終得到空心球形貌α -Fe203。本發(fā)明的有益效果是(1)工藝簡(jiǎn)單，重現(xiàn)性好，既可用于實(shí)驗(yàn)操作，又可工業(yè)上大規(guī)模生產(chǎn)。(2)制備出的α -Fe2O3空心球顆粒分散性好，形貌均一。(3)制備出的α -Fe2O3空心球純度高，成本低，重復(fù)性好。(4)制備使用的原料廉價(jià)易得，無(wú)需昂貴設(shè)備。


圖1是碳糖模板的掃描電鏡圖(SEM)，放大倍數(shù)為5000倍。圖2是制備的α -Fe2O3空心球的掃描電鏡圖(SEM)，放大倍數(shù)為10000倍。圖3是制備的α -Fe2O3空心球的X-射線衍射圖(XRD)。橫坐標(biāo)是兩倍的衍射角 (2 θ )，縱坐標(biāo)是衍射峰的強(qiáng)度(cps)。圖4中的能譜儀(EDS)表征了制備的α -Fe2O3空心球中的元素分布。橫坐標(biāo)是強(qiáng) 度(cps)，縱坐標(biāo)是能量(keV)。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合技術(shù)方案和附圖詳細(xì)敘述本發(fā)明的具體實(shí)施例。實(shí)施例1稱量7g葡萄糖溶解于80ml去離子水中，恒溫水浴20 V下攪拌直到溶液完全澄清， 將溶液轉(zhuǎn)入IOOml反應(yīng)釜中，在150°C下水熱反應(yīng)5h。反應(yīng)后將得到的黑色的或者是褐色 的產(chǎn)物水洗/醇洗/分離，反復(fù)3次上述過(guò)程后將產(chǎn)物在80°C烘干4h，得到大小均一，分散 性好的碳糖模板。將ImmolFe (NO3)3溶解于乙醇水溶液中(20ml乙醇，2ml水)形成澄清溶 液，在劇烈攪拌的條件下再將IOmmol尿素加入到上述Fe (NO3)3溶液中。然后，在超聲的條 件下向前面制備的Fe(NO3)3溶液中加入IOOmg碳糖微球使其很好的分散于上面的溶液中， 并且將得到的混合溶液在水浴60°C劇烈攪拌的條件下保持12h。最后，將得到的樣品水洗 /醇洗/分離，60°C的條件下干燥4h，得到α-Fe2O3空心球前驅(qū)體。將干燥后的α-Fe2O3空 心球前驅(qū)體放入馬弗爐中以1°C /min速度從室溫程序升溫到450°C，再在450°C的條件下煅 燒2h，最終得到空心球形貌a-Fe203。實(shí)施例2按照實(shí)施例1的本發(fā)明制備方法，將葡萄糖質(zhì)量增加到9g，水熱反應(yīng)在160°C下水 熱反應(yīng)15h，水浴反應(yīng)在60°C劇烈攪拌的條件下保持24h，制得空心球形貌a _Fe203。
實(shí)施例3 按照實(shí)施例1的本發(fā)明制備方法，將葡萄糖質(zhì)量增加到13g，水熱反應(yīng)在170°C下 水熱反應(yīng)20h，水浴反應(yīng)在60°C劇烈攪拌的條件下保持36h，制得空心球形貌α _Fe203。實(shí)施例4按照實(shí)施例1的本發(fā)明制備方法，將葡萄糖質(zhì)量增加到16g，水熱反應(yīng)在180°C下 水熱反應(yīng)24h，水浴反應(yīng)在60°C劇烈攪拌的條件下保持48h，制得空心球形貌α _Fe203。
權(quán)利要求
一種碳糖微球模板法制備空心球形貌α-Fe2O3的方法，其特征在于以下步驟1)碳糖微球模板的制備稱量7-16g葡萄糖溶解于80ml去離子水中，放入恒溫水浴磁力攪拌鍋中在20℃下攪拌直到溶液完全澄清，然后將得到的透明溶液放入100ml反應(yīng)釜中并將反應(yīng)釜密封好，150-180℃下水熱反應(yīng)5-24h后取出反應(yīng)釜室溫自然冷卻；將得到的絮狀黑色或者褐色的固體產(chǎn)物用高速離心或者抽濾的方法進(jìn)行水洗/醇洗/分離，反復(fù)3次上述過(guò)程后將產(chǎn)物在80℃烘干4h，得到形貌均一、分散性好的碳糖模板；2)α-Fe2O3空心球前驅(qū)體的制備首先，將1mmolFe(NO3)3溶解于20ml乙醇、2ml水的乙醇水溶液中形成澄清溶液，在劇烈攪拌的條件下再將10mmol尿素加入到上述Fe(NO3)3溶液中；然后，在超聲的條件下向前面制備的Fe(NO3)3溶液中加入100mg碳糖微球使其很好的分散于上面的溶液中，并且將得到的混合溶液在水浴60℃劇烈攪拌的條件下保持48h；最后，將得到的樣品水洗/醇洗/分離，60℃的條件下干燥4h，得到α-Fe2O3空心球前驅(qū)體；3)α-Fe2O3空心球的制備將干燥后的樣品放入馬弗爐中以1℃/min速度從室溫程序升溫到450℃，再在450℃的條件下煅燒2h，最終得到空心球形貌α-Fe2O3。
全文摘要
一種碳糖模板法制備α-Fe2O3空心球的方法，屬于環(huán)境污染治理技術(shù)領(lǐng)域。采用水熱法、溶膠凝膠法、固相法或者是空氣氧化法制備α-Fe2O3存在反應(yīng)條件苛刻，產(chǎn)量低，形貌不好，分散性差等問(wèn)題。本發(fā)明使用碳糖微球?yàn)槟０?，加入鐵鹽溶液經(jīng)過(guò)反應(yīng)并去除模板后得到α-Fe2O3空心球材料。本發(fā)明具有重現(xiàn)性好，成本低，產(chǎn)量大，操作簡(jiǎn)單，制備過(guò)程無(wú)污染，易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)大規(guī)模生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)C01G49/06GK101817562SQ20091018727
公開(kāi)日2010年9月1日 申請(qǐng)日期2009年9月5日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月5日
發(fā)明者張文爽, 李新勇, 肇啟東, 陳國(guó)華 申請(qǐng)人:大連理工大學(xué)