專利名稱：一種α型三氧化二鐵及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種金屬氧化物，尤其是涉及一種柱狀或花狀結構的α型三氧化二 鐵(Ci-Fe2O3)及其制備方法。
背景技術：
α型三氧化二鐵是一種重要的金屬氧化物，具有η型半導體的特性，其帶隙寬度 為2. 2eV，在可見光區(qū)具有很強的吸收，加之成本低廉，使其在閃光涂料、塑料、電子、磁記錄 材料、催化劑以及生物醫(yī)學工程等方面有廣泛的應用。另外，由于其具有較高的氣敏性，三 氧化二鐵還可用于檢測空氣中的可燃氣體和有毒氣體。材料的尺寸、形貌、結構對其相關的性能有較大的影響。相關文獻(1、T. S. Zhang, P. Hing，R. F. Zhang. J. Mater. Sci，2000，35，1419 ；2、孫予罕，呂寶亮，吳東，徐耀·非模板法 制備阿爾法-三氧化二鐵納米環(huán)的方法[P].公開號CN101264937A ；3、孫予罕，呂寶亮，吳 東，徐耀.非模板法制備阿爾法-三氧化二鐵納米管的方法[P].公開號CN101264936A)報 道了不同維度、形貌和結構的三氧化二鐵，如納米棒、納米管、納米環(huán)、空心微球等。制備具 特定結構的三氧化二鐵及研究其相關性能和應用已成為目前較為活躍的研究領域。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的旨在提供一種顆粒分布均勻，且具有優(yōu)越磁性能的柱狀或花狀結構 的α型三氧化二鐵(Q-Fe2O3)的制備方法。本發(fā)明包括以下步驟1)分別配制水溶性鐵氰化鉀溶液和氫氧化鈉溶液，將水溶性鐵氰化鉀溶液和氫氧 化鈉溶液混合，得混合液；2)在混合液中加入表面活性劑，超聲后使其充分溶解，得淡黃色澄清溶液；3)將步驟2)所得的淡黃色澄清溶液轉移至不銹鋼反應釜中，升溫反應；4)待步驟3)升溫反應后的產物冷卻至室溫，將釜底沉淀物離心分離后洗滌，將所 得產物干燥，即得α型三氧化二鐵。在步驟1)中，所述水溶性鐵氰化鉀溶液和氫氧化鈉溶液混合，可以是水溶性鐵 氰化鉀溶液和氫氧化鈉溶液等體積混合；所述混合液的鐵氰化鉀的摩爾濃度可為0. 05 0. 10Μ，氫氧化鈉的摩爾濃度可為0. 10 0. 15Μ。在步驟2)中，所述表面活性劑可采用檸檬酸三鈉或尿素等，所述檸檬酸三鈉的摩 爾濃度可為0. 125 0. 25Μ ；所述尿素的摩爾濃度可為0. 16 0. 32Μ ；所述超聲的時間可為 3 5min0在步驟3)中，所述升溫反應，可在密封條件下，升溫至180°C反應，反應的時間可 為12 24h。在步驟4)中，所述洗滌，可采用無水乙醇及去離子水洗滌；所述干燥的溫度可為 60 80°C，干燥的時間可為8 12h。
當表面活性劑采用檸檬酸三鈉時，可制得柱狀結構α型三氧化二鐵顆粒，當表面 活性劑采用尿素時，可制得花狀結構α型三氧化二鐵顆粒。本發(fā)明采用鐵氰化鉀為起始原料，通過水熱反應，在一定的溫度及時間下制備得 到柱狀或花狀結構α型三氧化二鐵顆粒，本發(fā)明所制得的柱狀或花狀結構α型三氧化二 鐵顆粒具有產量大、分布均勻、磁性能優(yōu)越等特點，而且該方法條件溫和，工藝簡單。


圖1為實施例1制備的柱狀結構α型三氧化二鐵的X射線衍射譜圖。在圖1中， 橫坐標為衍射角2 θ (deg.)，縱坐標為衍射強度Intensity (a. U.)；從左至右，衍射峰依次 為 012，104，110，113,024,116，122,214,300,1010 晶面。圖2為實施例1制備的柱狀結構α型三氧化二鐵的掃描電鏡圖片。在圖2中，(a) 為低倍率，標尺為10ym;(b)為高倍率，標尺為1 μ m。圖3為實施例1制備的柱狀結構α型三氧化二鐵的透射電鏡圖片。在圖3中，(a) 標尺為1 μ m ； (b)標尺為50nm ； (c)標尺為5nm,晶格間距d為0. 36nm。圖4為實施例1制備的柱狀結構α型三氧化二鐵的磁滯回線圖。在圖4中，橫坐 標為矯頑力H(Oe)，縱坐標為剩磁M(emu/g)。圖5為實施例5制備的花狀結構α型三氧化二鐵的X射線衍射譜圖。在圖5中， 橫坐標為衍射角2 θ (deg.)，縱坐標為衍射強度Intensity (a. U.)；從左至右，衍射峰依次 為 012，104，110,202,024,116，122,214,300,1010 晶面。圖6為實施例5制備的花狀結構α型三氧化二鐵的掃描電鏡圖片。在圖6中，(a) 為低倍率，標尺為3ym;(b)為高倍率，標尺為1 μ m。圖7為實施例5制備的花狀結構α型三氧化二鐵的透射電鏡圖片。在圖7中，(a) 標尺為1 μ m ； (b)標尺為20nm ； (c)標尺為IOnm,晶格間距d為0. 27nm。圖8為實施例5制備的花狀結構α型三氧化二鐵的磁滯回線圖。在圖8中，橫坐 標為矯頑力H(Oe)，縱坐標為剩磁M(emu/g)。
具體實施例方式實施例1(1)稱取0. 33g(Immol)的鐵氰化鉀，將其溶于IOmL的去離子水中，攪拌使其充分 溶解；稱取0. 12g(3mmol)氫氧化鈉，將其溶于IOmL的去離子水中，攪拌使其充分溶解，然后 將其與鐵氰化鉀溶液混勻。混合液中鐵氰化鉀的濃度為0. 05M，氫氧化鈉的濃度為0. 15M。(2)往混合液中加入1. 035g (約4mmol)的檸檬酸三鈉，超聲5min后使其充分溶 解，得淡黃色澄清溶液，混合液中檸檬酸三鈉的濃度為0. 20M。(3)將上述黃色澄清溶液轉移至容量為50mL的聚四氟乙烯內襯的不銹鋼反應釜 中，密封并升溫至180°C保溫12h。(4)待反應完全后自然冷卻至室溫，將釜底沉淀物離心分離，并用無水乙醇及去離 子水洗滌2 3次，將所得產物置于60°C干燥12h，即得柱狀結構α型三氧化二鐵顆粒。圖1為實施例1條件下制備的產物的X射線衍射譜圖。將譜圖中的主要衍射峰所 對應的晶面間距和衍射峰相對強度與PDF卡片89-0598號一一比對，可確定該產物為純凈
4的α -Fe2O3赤鐵礦。圖2為實施例1條件下制備的產物的掃描電鏡形貌圖。由圖可見制備的α -Fe2O3 顆粒呈柱狀結構，交錯排布，分散性良好，長軸方向約為1 5 μ m，短軸方向約為0. 5 3 μ m0圖3為實施例1條件下制備的產物的透射電鏡形貌圖。由圖可見制備的柱狀結構 α-Fe2O3顆粒長軸方向約為3.3 μ m，短軸方向約為1.8μπι。高分辨像觀察到的晶格間距為 0. 36nm，對應于α-Fe2O3顆粒的(012)晶面。圖4為實施例1條件下制備的產物的磁滯回線圖。由圖可見制備的Ci-Fe2O3顆粒 的剩磁和矯頑力分別為0. 0529emu/g和1951. 360e。實施例2(1)稱取0. 33g(Immol)鐵氰化鉀，將其溶于IOmL的去離子水中，攪拌使其充分溶 解；稱取0. 08g (2mmol)氫氧化鈉，將其溶于IOmL的去離子水中，攪拌使其充分溶解，然后將 其與鐵氰化鉀溶液混勻?；旌弦褐需F氰化鉀的濃度為0. 05M，氫氧化鈉的濃度為0. IOM0(2)往混合液中加入0. 776g(3mmol)的檸檬酸三鈉，超聲5min后使其充分溶解，得 淡黃色澄清溶液，混合液中檸檬酸三鈉的濃度為0. 15M。(3)將上述黃色澄清溶液轉移至容量為50mL的聚四氟乙烯內襯的不銹鋼反應釜 中，密封并升溫至180°C保溫16h。(4)同實施例1。實施例3(1)同實施例1。(2)往混合液中加入1. 294g(5mmol)的檸檬酸三鈉，超聲5min后使其充分溶解，得 淡黃色澄清溶液，混合液中檸檬酸三鈉的濃度為0. 25M。(3)將上述黃色澄清溶液轉移至容量為50mL的聚四氟乙烯內襯的不銹鋼反應釜 中，密封并升溫至180°C保溫16h。(4)同實施例1。實施例4(1)稱取0. 66g(2mmol)鐵氰化鉀，將其溶于IOmL的去離子水中，攪拌使其充分溶 解；稱取0. 08g (2mmol)氫氧化鈉，將其溶于IOmL的去離子水中，攪拌使其充分溶解，然后將 其與鐵氰化鉀溶液混勻?；旌弦褐需F氰化鉀的濃度為0. 10M，氫氧化鈉的濃度為0. IOM0(2)往混合液中加入0. 647g(2. 5mmol)的檸檬酸三鈉，超聲3min后使其充分溶解， 得淡黃色澄清溶液，混合液中檸檬酸三鈉的濃度為0. 125M。(3)同實施例1。(4)待反應完全后自然冷卻至室溫，將釜底沉淀物離心分離，并用無水乙醇及去離 子水洗滌2 3次，將所得產物置于60°C干燥12h。實施例5(1)稱取0. 33g(Immol)的鐵氰化鉀，將其溶于IOmL的去離子水中，攪拌使其充分 溶解；稱取0. 12g(3mmol)氫氧化鈉，將其溶于IOmL的去離子水中，攪拌使其充分溶解，然后 將其與鐵氰化鉀溶液混勻?；旌弦褐需F氰化鉀的濃度為0. 05M，氫氧化鈉的濃度為0. 15M。(2)往混合液中加入0. 384g(6. 4mmol)的尿素，超聲5min后使其充分溶解，得淡黃色澄清溶液，混合液中尿素的濃度為0. 32M。(3)將上述黃色澄清溶液轉移至容量為50mL的聚四氟乙烯內襯的不銹鋼反應釜 中，密封并升溫至180°C保溫12h。(4)待反應完全后自然冷卻至室溫，將釜底沉淀物離心分離，并用無水乙醇及去離 子水洗滌2 3次，將所得產物置于60°C干燥12h，即得尺寸約為5 μ m的花狀結構的α型
三氧化二鐵。圖5為實施例5條件下制備的產物的X射線衍射譜圖。將譜圖中的主要衍射峰所 對應的晶面間距和衍射峰相對強度與PDF卡片24-0072號一一比對，可確定該產物為純凈 的α -Fe2O3赤鐵礦。圖6為實施例5條件下制備的產物的掃描電鏡形貌圖。由圖可見制備的α -Fe2O3 顆粒分散性良好，大小約為4 6μπι。高倍率下的掃描電鏡圖可見所得的花狀結構是由諸 多類似花瓣的板狀結構組裝而成，微板尺寸約為2 μ m，厚度在300nm左右。圖7為實施例5條件下制備的產物的透射電鏡形貌圖。由圖可見制備的單個花 狀結構的α-Fe2O3顆粒大小約為5 μ m。高分辨像觀察到的晶格間距為0. 27nm，對應于 α-Fe2O3顆粒的(104)晶面。圖8為實施例5條件下制備的產物的磁滯回線圖。由圖可見制備的α -Fe2O3顆粒 的剩磁和矯頑力分別為0. 047emu/g和1415. 360e。實施例6(1)稱取0. 33g(Immol)的鐵氰化鉀，將其溶于IOmL的去離子水中，攪拌使其充分 溶解；稱取0. 08g (2mmol)氫氧化鈉，將其溶于IOmL的去離子水中，攪拌使其充分溶解，然后 將其與鐵氰化鉀溶液混勻。混合液中鐵氰化鉀的濃度為0. 05M，氫氧化鈉的濃度為0. IOM0(2)同實施例5。(3)上述黃色澄清溶液轉移至容量為50mL的聚四氟乙烯內襯的不銹鋼反應釜中， 密封并升溫至180°C保溫16h。(4)同實施例5。實施例7(1)稱取0. 66g(2mmol)鐵氰化鉀，將其溶于IOmL的去離子水中，攪拌使其充分溶 解；稱取0. 08g (2mmol)氫氧化鈉，將其溶于IOmL的去離子水中，攪拌使其充分溶解，然后將 其與鐵氰化鉀溶液混勻?；旌弦褐需F氰化鉀的濃度為0. 10M，氫氧化鈉的濃度為0. IOM0(2)往混合液中加入0. 192g (約3. 2mmol)的尿素，超聲5min后使其充分溶解，得 淡黃色澄清溶液，混合液中尿素的濃度為0. 16M。(3)將上述黃色澄清溶液轉移至容量為50mL的聚四氟乙烯內襯的不銹鋼反應釜 中，密封并升溫至180°C保溫16h。(4)同實施例5。實施例8(1)同實施例5。(2)往混合液中加入0. 288g(4. 8mmol)的尿素，超聲5min后使其充分溶解，得淡黃 色澄清溶液，混合液中尿素的濃度為0. 24M。(3)同實施例5。
(4)待反應完全后自然冷卻至室溫，將釜底沉淀物離心分離，并用無水乙醇及去離 子水洗滌2 3次，將所得產物置于60°C干燥10h。
權利要求
一種α型三氧化二鐵的制備方法，其特征在于包括以下步驟1)分別配制水溶性鐵氰化鉀溶液和氫氧化鈉溶液，將水溶性鐵氰化鉀溶液和氫氧化鈉溶液混合，得混合液；2)在混合液中加入表面活性劑，超聲后使其充分溶解，得淡黃色澄清溶液；3)將步驟2)所得的淡黃色澄清溶液轉移至不銹鋼反應釜中，升溫反應；4)待步驟3)升溫反應后的產物冷卻至室溫，將釜底沉淀物離心分離后洗滌，將所得產物干燥，即得α型三氧化二鐵。
2.如權利要求1所述的一種α型三氧化二鐵的制備方法，其特征在于在步驟1)中，所 述水溶性鐵氰化鉀溶液和氫氧化鈉溶液混合，是水溶性鐵氰化鉀溶液和氫氧化鈉溶液等體 積混合。
3.如權利要求1所述的一種α型三氧化二鐵的制備方法，其特征在于在步驟1)中，所 述混合液的鐵氰化鉀的摩爾濃度為0. 05 0. 10Μ，氫氧化鈉的摩爾濃度為0. 10 0. 15Μ。
4.如權利要求1所述的一種α型三氧化二鐵的制備方法，其特征在于在步驟2)中，所 述表面活性劑為檸檬酸三鈉或尿素。
5.如權利要求4所述的一種α型三氧化二鐵的制備方法，其特征在于所述檸檬酸三鈉 的摩爾濃度為0. 125 0. 25Μ ；所述尿素的摩爾濃度為0. 16 0. 32Μ。
6.如權利要求1所述的一種α型三氧化二鐵的制備方法，其特征在于在步驟2)中，所 述超聲的時間為3 5min。
7.如權利要求1所述的一種α型三氧化二鐵的制備方法，其特征在于在步驟3)中，所 述升溫反應，是在密封條件下，升溫至180°C反應，反應的時間為12 24h。
8.如權利要求1所述的一種α型三氧化二鐵的制備方法，其特征在于在步驟4)中，所 述洗滌，是采用無水乙醇及去離子水洗滌。
9.如權利要求1所述的一種α型三氧化二鐵的制備方法，其特征在于在步驟4)中，所 述干燥的溫度為60 80°C，干燥的時間為8 12h。
全文摘要
一種α型三氧化二鐵及其制備方法，涉及一種金屬氧化物。提供一種顆粒分布均勻，且具有優(yōu)越磁性能的柱狀或花狀結構的α型三氧化二鐵的制備方法。分別配制水溶性鐵氰化鉀溶液和氫氧化鈉溶液，將水溶性鐵氰化鉀溶液和氫氧化鈉溶液混合，得混合液；在混合液中加入表面活性劑，超聲后使其充分溶解，得淡黃色澄清溶液；將淡黃色澄清溶液轉移至不銹鋼反應釜中，升溫反應；待升溫反應后的產物冷卻至室溫，將釜底沉淀物離心分離后洗滌，將所得產物干燥，即得α型三氧化二鐵。當表面活性劑采用檸檬酸三鈉時，可制得柱狀結構α型三氧化二鐵顆粒，當表面活性劑采用尿素時，可制得花狀結構α型三氧化二鐵顆粒。
文檔編號C01G49/06GK101913658SQ20101028347
公開日2010年12月15日 申請日期2010年9月16日 優(yōu)先權日2010年9月16日
發(fā)明者梁漢鋒, 王周成 申請人:廈門大學