一種α-氧化鐵納米空心球的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種氧化鐵空心球的制備方法，可獲得具有較好粒徑分布和分散性的α-氧化鐵納米空心球，在二氧化硅膠體球的反應體系中引入LiCl水溶液，合成了表面荷電的二氧化硅納米球體顆粒，在電場下以快速提拉過程在ITO玻璃基底上制備了二氧化硅膠體晶體，再在其中填充氧化鐵凝膠后，經(jīng)煅燒和二氧化硅模板的去除即獲得α-氧化鐵納米空心球。
【專利說明】—種α-氧化鐵納米空心球的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種α -氧化鐵納米空心球的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]氧化鐵具有多種晶相，其中α -氧化鐵(赤鐵礦)是穩(wěn)定的晶相，其不僅具有耐酸、耐堿、耐高溫(熱熔點達1565°C)、耐鹽霧、無毒、易獲取、價廉的優(yōu)點，還具有好的硬度和磁性。α -氧化鐵是一種典型的中等帶隙寬度的η型半導體材料，其禁帶寬度為2.2eV，廣泛應用于光催化、氣敏傳感器、磁記錄材料、場發(fā)射冷陰極材料等方面。目前α-氧化鐵納米結(jié)構(gòu)的制備方法主要分為模板法、溶膠凝膠法、水熱法、助熔劑法、共沉淀法等，不同的方法雖然可以合成不同形貌的納米α-氧化鐵顆粒，但對于顆粒的團聚難以控制。相比于實心的α -氧化鐵顆粒，α -氧化鐵納米空心球具有密度低、比表面積高的優(yōu)勢，有利于α -氧化鐵的應用，但目前制備出分散性好、粒徑分布均勻的α -氧化鐵納米空心球仍有待探索。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種α -氧化鐵納米空心球的制備方法，設(shè)備簡單，可制備粒徑分布好的α -氧化鐵納米空心球。
[0004]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
[0005]一種α -氧化鐵納米空心球的制備方法，包括如下步驟:
[0006](I)配制質(zhì)量濃度為0.08%~0.1%的LiCl水溶液，分別配置正硅酸乙酯的乙醇溶液A以及氨水的乙醇溶液B，其中溶液A與溶液B中無水乙醇量相等，無水乙醇總量與氨水的體積比為(5~10):1，氨水的用量與正硅酸乙酯的體積比為(2~3):1，再將2~5mL的LiCl水溶液加入到溶液B中，LiCl水溶液與氨水的體積比為1:(1~5)，然后在不停攪拌下將溶液A加入溶液B中，反應20~22h后，分離沉淀，離心洗滌后于50~60°C干燥，得到表面改性的SiO2納米球體顆粒；
[0007](2)稱量SiO2納米顆粒，將其超聲分散于有機溶液中，超聲時間為2~3h，獲得SiO2顆粒懸浮液，其顆粒的質(zhì)量分數(shù)為1.5%~2.5% ；
[0008](3)將兩片ITO玻片相互平行并垂直浸入SiO2顆粒懸浮液中，其中，兩ITO玻片的間距為0.3~0.4cm,在兩ITO玻片上通10~13V電壓，通電30~40s后以0.3~0.4cm/min的速度提拉正極ITO玻片，最后于60°C烘干ITO玻片即獲得SiO2膠體晶體模板；
[0009](4)稱取一定量的檸檬酸溶于25~28%氨水中，氨水以能溶解檸檬酸為準，加入硝酸鐵和水并攪拌溶解，再用氨水調(diào)節(jié)pH值至8~10，其中檸檬酸與硝酸鐵的摩爾比為0.8~1,水的用量為用以溶解檸檬酸的氨水體積的2~3倍，在70~80°C下攪拌反應2~3h后形成凝膠，將表面蓋一塊玻璃基片的二氧化硅膠體晶體以一定角度浸入前驅(qū)體溶液中，再將凝膠不斷注射到雙基片中，反復幾次后緩慢把膜層拉出，用吸附紙除去表面過量的前驅(qū)體溶液，再在膜層表面壓上一清洗烘干的玻片后進行水平放置并在70~80°C下烘干；
[0010](5)將雙基片在550~700°C下煅燒2~4h后，將膜層浸入質(zhì)量濃度15~20%的NaOH溶液中5~6h，用去離子水清洗后烘干即獲得α -氧化鐵納米空心球。
[0011]優(yōu)選地，所述步驟(2)中的有機溶液為乙醇或甲醇。所述步驟(4)中SiO2膠體晶體的浸入角度為與水平方向呈45~60度。
[0012]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的α-氧化鐵納米空心球的制備方法中，主要利用了具有周期性有序排列及一定間隙大小的二氧化硅膠體晶體為模板，將以硝酸鐵配置的氧化鐵凝膠均勻地填充于模板的空隙中，從而使氧化鐵晶體在有限的空間內(nèi)限制性地生長，當去除二氧化硅模板后即可獲得α-氧化鐵空心球。這方法主要利用了兩點，一方面，二氧化硅本身是具有較好的粒徑分布和圓度的納米球，且由其合成的膠體晶體中各空隙大小較均勻；另一方面，采用LiCl改性的二氧化硅膠體球，利用在電場中的快速的提拉方式進行膠體晶體模板的制備，從而可以獲得非密堆型結(jié)構(gòu)，且空間也可調(diào)節(jié)得更大，這均有利于凝膠在膠體晶體模板中的均勻填充。因此，可利用此兩點獲得具有較好粒徑分布和分散性的α -氧化鐵納米空心球。
【具體實施方式】
[0013]下面結(jié)合實施例詳細說明本發(fā)明的實施方式。
[0014]實施例1
[0015]一種α -氧化鐵納米空心球的制備方法，包括如下步驟: [0016](I)配制質(zhì)量濃度為0.08%的LiCl水溶液，分別配置正硅酸乙酯的乙醇溶液A以及氨水的乙醇溶液B，其中溶液A與溶液B中無水乙醇量相等，無水乙醇總量與氨水的體積比為5:1，氨水的用量與正硅酸乙酯的體積比為2:1，再將2~5mL的LiCl水溶液加入到溶液B中，LiCl水溶液與氨水的體積比為1:1，然后在不停攪拌下將溶液A加入溶液B中，反應20h后，分離沉淀，離心洗滌后于50°C干燥，得到表面改性的SiO2納米球體顆粒；
[0017](2)稱量SiO2納米顆粒，將其超聲分散于乙醇中，超聲時間為2h，獲得SiO2顆粒懸浮液，其顆粒的質(zhì)量分數(shù)為1.5% ；
[0018](3)將兩片ITO玻片相互平行并垂直浸入SiO2顆粒懸浮液中，其中，兩ITO玻片的間距為0.3cm，在兩ITO玻片上通IOV電壓，通電30s后以0.3cm/min的速度提拉正極ITO玻片，最后于60°C烘干ITO玻片即獲得SiO2膠體晶體模板；
[0019](4)稱取一定量的檸檬酸溶于25%氨水中，氨水以能溶解檸檬酸為準，加入硝酸鐵和水并攪拌溶解，再用氨水調(diào)節(jié)PH值至8，其中檸檬酸與硝酸鐵的摩爾比為0.8，水的用量為用以溶解檸檬酸的氨水體積的2倍，在70°C下攪拌反應2h后形成凝膠，將表面蓋一塊玻璃基片的二氧化硅膠體晶體以一定角度浸入前驅(qū)體溶液中，再將凝膠不斷注射到雙基片中，反復幾次后緩慢把膜層拉出，用吸附紙除去表面過量的前驅(qū)體溶液，再在膜層表面壓上一清洗烘干的玻片后進行水平放置并在70°C下烘干；
[0020](5)將雙基片在550°C下煅燒2h后，將膜層浸入質(zhì)量濃度15%的NaOH溶液中5h，用去離子水清洗后烘干即獲得α-氧化鐵納米空心球。
[0021]實施例2
[0022]一種α -氧化鐵納米空心球的制備方法，包括如下步驟:
[0023](I)配制質(zhì)量濃度為0.1%的LiCl水溶液，分別配置正硅酸乙酯的乙醇溶液A以及氨水的乙醇溶液B，其中溶液A與溶液B中無水乙醇量相等，無水乙醇總量與氨水的體積比為10:1，氨水的用量與正硅酸乙酯的體積比為3:1，再將2~5mL的LiCl水溶液加入到溶液B中，LiCl水溶液與氨水的體積比為1:5，然后在不停攪拌下將溶液A加入溶液B中，反應22h后，分離沉淀，離心洗滌后于60°C干燥，得到表面改性的SiO2納米球體顆粒；
[0024](2)稱量SiO2納米顆粒，將其超聲分散于甲醇中，超聲時間為3h，獲得SiO2顆粒懸浮液，其顆粒的質(zhì)量分數(shù)為2.5% ；
[0025](3)將兩片ITO玻片相互平行并垂直浸入SiO2顆粒懸浮液中，其中，兩ITO玻片的間距為0.4cm，在兩ITO玻片上通13V電壓，通電40s后以0.4cm/min的速度提拉正極ITO玻片，最后于60°C烘干ITO玻片即獲得SiO2膠體晶體模板；
[0026](4)稱取一定量的檸檬酸溶于28%氨水中，氨水以能溶解檸檬酸為準，加入硝酸鐵和水并攪拌溶解，再用氨水調(diào)節(jié)PH值至10，其中檸檬酸與硝酸鐵的摩爾比為1:1，水的用量為用以溶解檸檬酸的氨水體積的3倍，在80°C下攪拌反應3h后形成凝膠，將表面蓋一塊玻璃基片的二氧化硅膠體晶體以一定角度浸入前驅(qū)體溶液中，再將凝膠不斷注射到雙基片中，反復幾次后緩慢把膜層拉出，用吸附紙除去表面過量的前驅(qū)體溶液，再在膜層表面壓上一清洗烘干的玻片后進行水平放置并在80°C下烘干；
[0027](5)將雙基片在700°C下煅燒4h后，將膜層浸入質(zhì)量濃度20%的NaOH溶液中6h，用去離子水清洗后烘干即獲得α-氧化鐵納米空心球。
[0028]實施例3
[0029]一種α -氧化鐵納米空心球的制備方法，包括如下步驟:
[0030](I)配制質(zhì)量濃度為0.085%的LiCl水溶液，分別配置正硅酸乙酯的乙醇溶液A以及氨水的乙醇溶液B，其中`溶液A與溶液B中無水乙醇量相等，無水乙醇總量與氨水的體積比為6.5:1，氨水的用量與正硅酸乙酯的體積比為2.75:1，再將4mL的LiCl水溶液加入到溶液B中，LiCl水溶液與氨水的體積比為1:2.25，然后在不停攪拌下將溶液A加入溶液B中，反應21h后，分離沉淀，離心洗滌后于55°C干燥，得到表面改性的SiO2納米球體顆粒；
[0031](2)稱量SiO2納米顆粒，將其超聲分散于乙醇中，超聲時間為2.5h，獲得SiO2顆粒懸浮液，其顆粒的質(zhì)量分數(shù)為2.05% ；
[0032](3)將兩片ITO玻片相互平行并垂直浸入SiO2顆粒懸浮液中，其中，兩ITO玻片的間距為0.35cm，在兩ITO玻片上通12V電壓，通電35s后以0.35cm/min的速度提拉正極ITO玻片，最后于60°C烘干ITO玻片即獲得SiO2膠體晶體模板；
[0033](4)稱取一定量的檸檬酸溶于26.5%氨水中，氨水以能溶解檸檬酸為準，加入硝酸鐵和水并攪拌溶解，再用氨水調(diào)節(jié)PH值至9，其中檸檬酸與硝酸鐵的摩爾比為0.9，水的用量為用以溶解檸檬酸的氨水體積的2.5倍，在75°C下攪拌反應2.5h后形成凝膠，將表面蓋一塊玻璃基片的二氧化硅膠體晶體以一定角度浸入前驅(qū)體溶液中，再將凝膠不斷注射到雙基片中，反復幾次后緩慢把膜層拉出，用吸附紙除去表面過量的前驅(qū)體溶液，再在膜層表面壓上一清洗烘干的玻片后進行水平放置并在75°C下烘干；
[0034](5)將雙基片在650°C下煅燒3h后，將膜層浸入質(zhì)量濃度18%的NaOH溶液中5.5h，用去離子水清洗后烘干即獲得α-氧化鐵納米空心球。
[0035]本發(fā)明中，當二氧化硅膠體晶體的浸入角度為與水平方向呈45~60度時，效果更佳。
【權(quán)利要求】
1.一種α-氧化鐵納米空心球的制備方法，其特征在于，包括如下步驟: (1)配制質(zhì)量濃度為0.08%~0.1%的LiCl水溶液，分別配置正硅酸乙酯的乙醇溶液A以及氨水的乙醇溶液B，其中溶液A與溶液B中無水乙醇量相等，無水乙醇總量與氨水的體積比為(5~10):1，氨水的用量與正硅酸乙酯的體積比為(2~3):1，再將2~5mL的LiCl水溶液加入到溶液B中，LiCl水溶液與氨水的體積比為1:(1~5)，然后在不停攪拌下將溶液A加入溶液B中，反應20~22h后，分離沉淀，離心洗滌后于50~60°C干燥，得到表面改性的SiO2納米球體顆粒； (2)稱量SiO2納米顆粒，將其超聲分散于有機溶液中，超聲時間為2~3h，獲得SiO2顆粒懸浮液，其顆粒的質(zhì)量分數(shù)為1.5%~2.5% ； (3)將兩片ITO玻片相互平行并垂直浸入SiO2顆粒懸浮液中，其中，兩ITO玻片的間距為0.3~0.4cm，在兩ITO玻片上通10~13V電壓，通電30~40s后以0.3~0.4cm/min的速度提拉正極ITO玻片，最后于60°C烘干ITO玻片即獲得SiO2膠體晶體模板； (4)稱取一定量的檸檬酸溶于25~28%氨水中，氨水以能溶解檸檬酸為準，加入硝酸鐵和水并攪拌溶解，再用氨水調(diào)節(jié)PH值至8~10，其中檸檬酸與硝酸鐵的摩爾比為0.8~1，水的用量為用以溶解檸檬酸的氨水體積的2~3倍，在70~80°C下攪拌反應2~3h后形成凝膠，將表面蓋一塊玻璃基片的二氧化硅膠體晶體以一定角度浸入前驅(qū)體溶液中，再將凝膠不斷注射到雙基片中，反復幾次后緩慢把膜層拉出，用吸附紙除去表面過量的前驅(qū)體溶液，再在膜層表面壓上一清洗烘干的玻片后進行水平放置并在70~80°C下烘干； (5)將雙基片在550~700°C下煅燒2~4h后，將膜層浸入質(zhì)量濃度15~20%的NaOH溶液中5~6h，用去離子水 清洗后烘干即獲得α -氧化鐵納米空心球。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的α-氧化鐵納米空心球的制備方法，其特征在于，所述步驟(2)中的有機溶液為乙醇或甲醇。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的α-氧化鐵納米空心球的制備方法，其特征在于，所述步驟(4)中二氧化硅膠體晶體的浸入角度為與水平方向呈45~60度。
【文檔編號】C01G49/06GK103803660SQ201410055798
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2014年2月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月19日
【發(fā)明者】伍媛婷, 江紅濤, 王秀峰 申請人:陜西科技大學