本發(fā)明屬于無(wú)機(jī)功能納米材料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種具有一維納米纖維結(jié)構(gòu)的鉬酸鐵/鎢酸鐵的制備方法及產(chǎn)品和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

鉬酸鐵，鎢酸鐵作為鐵鹽的重要組成部分，由于其結(jié)構(gòu)的多變性，不僅可以用作光催化劑、吸附劑、催化劑載體，而且在電子器件、耐熱材料、發(fā)光二極管材料、磁材料和電池材料等方面都有潛在的應(yīng)用前景，因此關(guān)于鐵鹽的研究已成為很多科學(xué)工作者研究的焦點(diǎn)，并且，許多不同形貌的鉬酸鐵、鎢酸鐵鐵鹽在一些方面已經(jīng)有了一些應(yīng)用，如微球狀，多孔球狀的鉬酸鐵被用作電池材料，微球狀的鎢酸鐵被用作可見光催化材料。然而，很多制備方法如固相法、球磨法、水熱法等合成手段制備的鉬酸鐵，鎢酸鐵尺寸還是停留在亞微米甚至微米階段，導(dǎo)致其在納米尺寸的道路上遇到了很大的挫折，因此，如何將這兩種鐵鹽做的更小，形貌更均一是目前面臨的一項(xiàng)艱巨的任務(wù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明的目的在于：(1)提供一種具有一維納米纖維結(jié)構(gòu)的Fe₂(XO₄)₃的制備方法；(2)提供一種具有一維納米纖維結(jié)構(gòu)的Fe₂(XO₄)₃；(3)提供一種具有一維納米纖維結(jié)構(gòu)的Fe₂(XO₄)₃的應(yīng)用。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

1、一維納米纖維結(jié)構(gòu)的Fe₂(XO₄)₃的制備方法，包括如下步驟：

(1)分別將含鐵的過(guò)渡金屬可溶鹽和含有X元素的可溶性鹽加入二甲基甲酰胺水溶液中，混勻后，向混合溶液中加入表面活性劑和檸檬酸，攪拌至所述混合溶液呈均一透明狀，制得材料溶液；所述X元素為鉬或鎢中的一種；

(2)利用靜電紡絲法，以步驟(1)中制得的材料溶液為原料，制得Fe₂(XO₄)₃前體；

(3)將步驟(2)中制得的Fe₂(XO₄)₃前體進(jìn)行煅燒處理，制得具有一維納米纖維結(jié)構(gòu)的Fe₂(XO₄)₃納米材料。

進(jìn)一步，步驟(1)中，所述含鐵的過(guò)渡金屬可溶鹽中鐵元素與含有X元素的可溶性鹽中X元素的摩爾比為2:3。

進(jìn)一步，步驟(1)中，所述含鐵的過(guò)渡金屬可溶鹽為FeCl₂·4H₂O；所述含有X元素的可溶性鹽為H₂₄Mo₇N₆O₂₄或(NH₄)₆H₂W₁₂O₄₀中的一種。

進(jìn)一步，步驟(1)中，所述二甲基甲酰胺水溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為94～96％。

進(jìn)一步，步驟(1)中，所述表面活性劑為聚乙烯丙咯烷酮，所述材料溶液中聚乙烯丙咯烷酮的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8.2～8.6％；所述材料溶液中檸檬酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.5～3.2％。

進(jìn)一步，步驟(2)中，所述靜電紡絲法具體為：

1)將所述材料溶液注入推注器至推注器內(nèi)無(wú)空氣；

2)將步驟1)中的推注器安裝在進(jìn)樣泵上，設(shè)置靜電紡絲參數(shù)，然后推注所述材料溶液，在接收裝置上形成Fe₂(XO₄)₃前體。

進(jìn)一步，步驟2)中，所述靜電紡絲參數(shù)具體為：溫度35～45℃，濕度20～40％RH，所述推注器的噴頭與接收裝置之間距離為15～22cm，電壓為18～25kV；所述推注器推注速度0.4～1mL/h。

進(jìn)一步，步驟(3)中，所述煅燒處理為按2～4℃/min升到290～350℃，再按1～2℃/min升到500～650℃后保溫2～5h，然后再按1～2℃/min降到290～350℃，再以2～4℃/min降到25～40℃。

2、由所述的一維納米纖維結(jié)構(gòu)的Fe₂(XO₄)₃的制備方法制備的Fe₂(XO₄)₃納米材料。

3、所述的Fe₂(XO₄)₃納米材料在芬頓催化測(cè)試中的應(yīng)用。

本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明提供了一種具有一維納米纖維結(jié)構(gòu)的鉬酸鐵/鎢酸鐵的制備方法及產(chǎn)品和應(yīng)用，該方法以常見的過(guò)渡金屬可溶性鐵鹽和含有鉬酸根或鎢酸根的可溶性鹽為反應(yīng)物，通過(guò)靜電紡絲法及煅燒處理，制得一種具有一維納米纖維結(jié)構(gòu)的鉬酸鐵/鎢酸鐵，該方法反應(yīng)條件簡(jiǎn)單、能耗低、污染少，所制得的鉬酸鐵或鎢酸鐵納米材料純度高，分散性好，形貌相當(dāng)均一，并且在光催化-芬頓催化方面表型出了優(yōu)異的性能，可用于構(gòu)建高效穩(wěn)定的芬頓催化劑，在光催化領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。

附圖說(shuō)明

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果更加清楚，本發(fā)明提供如下附圖進(jìn)行說(shuō)明：

圖1為Fe₂(MoO₄)₃和Fe₂(WO₄)₃納米材料的X射線衍射圖；

圖2為Fe₂(MoO₄)₃和Fe₂(WO₄)₃納米材料煅燒后的場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡圖；

圖3為Fe₂(MoO₄)₃和Fe₂(WO₄)₃納米材料的透射電鏡圖；

圖4為Fe₂(MoO₄)₃和Fe₂(WO₄)₃納米材料芬頓催化降解羅丹明圖。

其中，圖2中，A為Fe₂(MoO₄)₃納米材料煅燒后的場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡圖；B為Fe₂(WO₄)₃納米材料煅燒后的場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡圖；

圖3中，A為Fe₂(MoO₄)₃納米材料的透射電鏡圖；B為Fe₂(WO₄)₃納米材料的透射電鏡圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的描述。

實(shí)施例1

(1)按Fe與Mo的摩爾比為2:3分別將FeCl₂·4H₂O和H₂₄Mo₇N₆O₂₄加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為95％的二甲基甲酰胺水溶液中，混勻后，向混合溶液中加入表面活性劑和檸檬酸，攪拌至所述混合溶液呈均一透明狀，制得材料溶液，所述材料溶液中聚乙烯丙咯烷酮的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8.2％；所述材料溶液中檸檬酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.0％。；

(2)利用靜電紡絲法，以步驟(1)中制得的材料溶液為原料，制得Fe₂(XO₄)₃前體；

1)將所述材料溶液注入推注器至推注器內(nèi)無(wú)空氣；

2)將步驟1)中的推注器安裝在進(jìn)樣泵上，設(shè)置靜電紡絲參數(shù)，即溫度為45℃，濕度為20％RH，所述推注器的噴頭與接收裝置之間距離為20cm，電壓為25kV；所述推注器推注速度0.8mL/h，然后推注所述材料溶液，在接收裝置上形成Fe₂(XO₄)₃前體。

(3)將步驟(2)中制得的Fe₂(XO₄)₃前體先按3℃/min升到315℃，再按2℃/min升到550℃后保溫3h，然后再按2℃/min降到315℃，再以3℃/min降到30℃，制得具有一維納米纖維結(jié)構(gòu)的Fe₂(XO₄)₃納米材料。

實(shí)施例2

(1)按Fe與W的摩爾比為2:3分別將FeCl₂·4H₂O和(NH₄)₆H₂W₁₂O₄₀加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為94％的二甲基甲酰胺水溶液中，混勻后，向混合溶液中加入表面活性劑和檸檬酸，攪拌至所述混合溶液呈均一透明狀，制得材料溶液，所述材料溶液中聚乙烯丙咯烷酮的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8.4％；所述材料溶液中檸檬酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.8％。；

(2)利用靜電紡絲法，以步驟(1)中制得的材料溶液為原料，制得Fe₂(XO₄)₃前體；

1)將所述材料溶液注入推注器至推注器內(nèi)無(wú)空氣；

2)將步驟1)中的推注器安裝在進(jìn)樣泵上，設(shè)置靜電紡絲參數(shù)，即溫度為38℃，濕度為32％RH，所述推注器的噴頭與接收裝置之間距離為18cm，電壓為18kV；所述推注器推注速度1mL/h，然后推注所述材料溶液，在接收裝置上形成Fe₂(XO₄)₃前體。

(3)將步驟(2)中制得的Fe₂(XO₄)₃前體先按4℃/min升到350℃，再按2℃/min升到650℃后保溫5h，然后再按2℃/min降到350℃，再以4℃/min降到35℃，制得具有一維納米纖維結(jié)構(gòu)的Fe₂(XO₄)₃納米材料。

實(shí)施例3

(1)按Fe與Mo的摩爾比為2:3分別將FeCl₂·4H₂O和H₂₄Mo₇N₆O₂₄加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為95％的二甲基甲酰胺水溶液中，混勻后，向混合溶液中加入表面活性劑和檸檬酸，攪拌至所述混合溶液呈均一透明狀，制得材料溶液，所述材料溶液中聚乙烯丙咯烷酮的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8.6％；所述材料溶液中檸檬酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.5％。；

(2)利用靜電紡絲法，以步驟(1)中制得的材料溶液為原料，制得Fe₂(XO₄)₃前體；

1)將所述材料溶液注入推注器至推注器內(nèi)無(wú)空氣；

2)將步驟1)中的推注器安裝在進(jìn)樣泵上，設(shè)置靜電紡絲參數(shù)，即溫度為35℃，濕度為40％RH，所述推注器的噴頭與接收裝置之間距離為22cm，電壓為23kV；所述推注器推注速度0.4mL/h，然后推注所述材料溶液，在接收裝置上形成Fe₂(XO₄)₃前體。

(3)將步驟(2)中制得的Fe₂(XO₄)₃前體先按2℃/min升到290℃，再按1℃/min升到500℃后保溫2h，然后再按1℃/min降到290℃，再以2℃/min降到25℃，制得具有一維納米纖維結(jié)構(gòu)的Fe₂(XO₄)₃納米材料。

實(shí)施例4

(1)按Fe與W的摩爾比為2:3分別將FeCl₂·4H₂O和(NH₄)₆H₂W₁₂O₄₀加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為96％的二甲基甲酰胺水溶液中，混勻后，向混合溶液中加入表面活性劑和檸檬酸，攪拌至所述混合溶液呈均一透明狀，制得材料溶液，所述材料溶液中聚乙烯丙咯烷酮的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8.4％；所述材料溶液中檸檬酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.2％。；

(2)利用靜電紡絲法，以步驟(1)中制得的材料溶液為原料，制得Fe₂(XO₄)₃前體；

1)將所述材料溶液注入推注器至推注器內(nèi)無(wú)空氣；

2)將步驟1)中的推注器安裝在進(jìn)樣泵上，設(shè)置靜電紡絲參數(shù)，即溫度為42℃，濕度為26％RH，所述推注器的噴頭與接收裝置之間距離為15cm，電壓為20kV；所述推注器推注速度0.6mL/h，然后推注所述材料溶液，在接收裝置上形成Fe₂(XO₄)₃前體。

(3)將步驟(2)中制得的Fe₂(XO₄)₃前體先按3℃/min升到330℃，再按1℃/min升到600℃后保溫4h，然后再按1℃/min降到330℃，再以3℃/min降到40℃，制得具有一維納米纖維結(jié)構(gòu)的Fe₂(XO₄)₃納米材料。

實(shí)施例5

實(shí)施例1中制備的Fe₂(MoO₄)₃和實(shí)施例2中制備的Fe₂(WO₄)₃用于光催化芬頓催化

(1)取1mg羅丹明(Rh6g)分散到100mL水溶液中，超聲攪拌均勻；

(2)將羅丹明溶液在避光條件下攪拌30min達(dá)到吸附平衡；

(3)取實(shí)施例1中制備的Fe₂(MoO₄)₃ 25mg及250ul體積分?jǐn)?shù)為30％的H₂O₂加入步驟(2)中制備的Rh6g溶液中形成芬頓催化劑體系。在紫外光(光照強(qiáng)度500W)照射下每隔10min取一個(gè)點(diǎn)，每次取2ml混合溶液，直至取到50min。將所取的溶液及時(shí)離心后用紫外測(cè)試儀測(cè)試其降解情況；

(4)取實(shí)施例2中制備的Fe₂(WO₄)₃ 25mg及250ul體積分?jǐn)?shù)為30％的H₂O₂加入步驟(2)中制備的Rh6g溶液中形成芬頓催化劑體系。在紫外光(光照強(qiáng)度500W)照射下每隔10min取一個(gè)點(diǎn)，每次取2ml混合溶液，直至取到50min。將所取的溶液及時(shí)離心后用紫外測(cè)試儀測(cè)試其降解情況。

圖1為實(shí)施例1中制備的Fe₂(MoO₄)₃納米材料的X射線衍射圖及實(shí)施例2中制備的Fe₂(WO₄)₃納米材料的X射線衍射圖，由圖中可以看出主要的峰位置與PDF標(biāo)準(zhǔn)卡片一一對(duì)應(yīng)，說(shuō)明得到兩種鐵鹽結(jié)晶性很好。

圖2A為實(shí)施例3中制備的Fe₂(MoO₄)₃納米材料煅燒后的場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡圖，圖2B為實(shí)施例4中制備的Fe₂(WO₄)₃納米材料煅燒后的場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡圖，由圖中可以看出制備的兩種納米纖維尺寸均一且沒(méi)有團(tuán)聚等現(xiàn)象發(fā)生。

圖3A為實(shí)施例3中制備的Fe₂(MoO₄)₃納米材料的透射電鏡圖，圖3B為實(shí)施例4中制備的Fe₂(WO₄)₃納米材料的透射電鏡圖，由圖中可以看出制備的兩種鐵鹽納米纖維直徑大小為150-200nm且可以看出呈Fe₂(WO₄)₃多孔結(jié)構(gòu)。

圖4為實(shí)施例1中制備的Fe₂(MoO₄)₃納米材料芬頓催化降解羅丹明圖及實(shí)施例2中制備的Fe₂(WO₄)₃納米材料芬頓催化降解羅丹明圖，由圖中可以看出，鉬酸鐵芬頓催化降解羅丹明在50min內(nèi)降解了將近60％，鎢酸鐵芬頓催化降解羅丹明在50min內(nèi)降解了將近75％，其中，鎢酸鐵的催化效果要好于鉬酸鐵。

最后說(shuō)明的是，以上優(yōu)選實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管通過(guò)上述優(yōu)選實(shí)施例已經(jīng)對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的描述，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以在形式上和細(xì)節(jié)上對(duì)其作出各種各樣的改變，而不偏離本發(fā)明權(quán)利要求書所限定的范圍。