四氧化三铁纳米粒子的制备方法和应用

1.本发明属于fe3o4纳米粒子制备技术领域，具体来说涉及一种四氧化三铁纳米粒子的制备方法和应用。


背景技术：

2.四氧化三铁纳米粒子由于其小的尺寸效应和宏观量子隧道等效应使其具有不同于常规大尺寸材料的特殊磁性质。对于纳米粒子的研究发现，其合成方法主要包括共沉淀法、水热法、热分解方法等。共沉淀法是在包含两种或者两种以上的金属离子的可溶盐溶液中，加入适当的沉淀剂使得金属粒子均匀的沉淀或者结晶出来，但基于该方法反应温度较低，所以得到的纳米粒子单分散性较差，并且在洗涤纳米粒子的过程中粒子间容易发生团聚或者氧化，而不能有效制备单分散的fe3o4纳米粒子。而水热法基于在高温高压等苛刻的实验条件下，通过金属离子结晶来制备单分散纳米粒子，但后续的处理过程中仍会造成纳米粒子在空气中的氧化进而影响其化学组成。
3.相较于这两种方法，通过热分解方法制备的纳米粒子可以通过简单的制备方法在无需人工选择的条件下制备单分散的fe3o4纳米粒子，并且即使在后面的沉淀以及清洗处理过程中也不会发生fe3o4的团聚及氧化。但对于现有的制备fe3o4纳米粒子的热分解法，合成纳米粒子的前驱体包括羟基氧化铁(feooh)、乙酰丙酮铁(fe(acac)3)等，基于这些前驱体价格比较昂贵且具有一定的毒性，使得纳米粒子的制备成本较高且环境不友好。


技术实现要素：

4.针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种四氧化三铁纳米粒子的制备方法，该制备方法通过廉价、无毒且环境友好的γ-fe2o3作为前驱体制备尺寸可控的fe3o4纳米粒子，且在无需人工选择的条件下制备的fe3o4纳米粒子具有良好的单分散性。
5.本发明的目的是通过下述技术方案予以实现的。
6.一种四氧化三铁纳米粒子的制备方法，包括以下步骤：
7.1)将γ-fe2o3与油酸混合均匀，得到溶液，再将1-十八烯与所述溶液混合，于氮气或惰性气体的环境下，于220℃保温30～40min，以使纳米粒子成核，再于320℃保温0.5～3h，自然冷却至室温20～25℃，得到油态液体，其中，按质量份数计，所述γ-fe2o3、油酸和1-十八烯的比为0.36：(2～6)：5；
8.在所述步骤1)中，将γ-fe2o3与油酸混合均匀的实现方式为：将γ-fe2o3与油酸混合，再超声至少20min即可。
9.在所述步骤1)中，于220℃保温30～40min之前，去除体系内的水分。
10.在所述步骤1)中，去除体系内的水分的实现方式为：于110～120℃保温至少0.5h。
11.在所述步骤1)中，保温时，均置于搅拌条件下。
12.2)向所述油态液体中加入酒精，离心，得到沉淀，对沉淀进行清洗，得到四氧化三铁纳米粒子。
13.在所述步骤2)中，用正己烷与酒精体积比为1:3的混合溶液对沉淀进行所述清洗，清洗2～3次。
14.在所述步骤2)中，所述离心的转速为8000～10000rpm，时间为15～20min。
15.上述制备方法在调节四氧化三铁纳米粒子的粒径中的应用。
16.在上述技术方案中，调节四氧化三铁纳米粒子的粒径的方法为：将油酸与γ-fe2o3的质量比定义为m，所述m越大，所述四氧化三铁纳米粒子粒径越大。
17.在上述技术方案中，所述四氧化三铁纳米粒子的粒径为3～13nm。
18.本发明的优点和有益效果：
19.1、操作步骤简单，制备条件温和；
20.2、所使用的γ-fe2o3无毒性，环境友好，成本低；
21.3、所制备的fe3o4纳米粒子的粒径可控，且具有单分散性。
附图说明
22.图1为实施例1～3制备所得四氧化三铁纳米粒子的tem，其中，图1a为实施例1，图1b为实施例2，图1c为实施例3；
23.图2为实施例1～3制备所得四氧化三铁纳米粒子的xrd。
具体实施方式
24.下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术方案。
25.下述实施例中涉及仪器的型号如下：
26.恒温加热磁力搅拌器：cl-2上海翔雅仪器设备有限公司
27.下述实施例中使用的γ-fe2o3购买厂商和纯度如下：
28.实施例1：上海麦克林生化科技有限公司(97％)
29.实施例2：上海麦克林生化科技有限公司(97％)
30.实施例3：上海麦克林生化科技有限公司(97％)
31.实施例1～3
32.一种四氧化三铁纳米粒子的制备方法，包括以下步骤：
33.1)在圆底烧瓶中将γ-fe2o3与油酸混合，在超声清洗仪中超声20min，得到溶液，再将5g 1-十八烯(纯度为99％)与溶液混合，于氮气的环境下，在恒温加热磁力搅拌器中，于120℃保温0.5h(搅拌条件下)，用于去除体系内可能存在的水分，以免对合成过程造成一定的负面影响。再于220℃保温30min(搅拌条件下)，以使纳米粒子成核，再于320℃保温t h(搅拌条件下)，使成核的纳米粒子生长，自然冷却至室温20～25℃，得到油态液体，其中，按质量份数计，γ-fe2o3、油酸和1-十八烯的比为0.36：y：5；
34.2)向质量为x的油态液体中加入50ml酒精，在10000rpm转速下离心15min，得到沉淀，对沉淀清洗3次，得到四氧化三铁纳米粒子，分散到正己烷中储存，其中，用正己烷与酒精体积比为1:3的混合溶液对沉淀进行清洗。
35.实施例yt(单位：小时)x(单位：g)实施例12.260.57.6实施例23.391.58.7
实施例34.522.510
36.实施例1～3的制备方法获得的四氧化三铁纳米粒子的微观形貌以及结构特征采用透射电镜拍摄，产品的具体微观形貌在图1中给出。通过使用纳米测量软件(nano measurer 1.2)计数>1000个四氧化三铁纳米粒子来获得纳米粒子的尺寸分布情况以及平均尺寸，示于图1插图中。
37.通过图1a可知，实施例1制备所得四氧化三铁纳米粒子为准球形结构且具有单分散性，从插图可以看出四氧化三铁纳米粒子的平均尺寸为4.0nm；
38.通过图1b可知，实施例2制备所得四氧化三铁纳米粒子为准球形结构且具有单分散性，且尺寸与实施案例1所制备的四氧化三铁纳米粒子尺寸不同，从插图可以看出实施例2制备所得四氧化三铁纳米粒子的平均尺寸为9.9nm；
39.通过图1c可知，实施例3制备所得四氧化三铁纳米粒子为准球形结构且具有单分散性，且尺寸与实施例1,2所制备的四氧化三铁纳米粒子尺寸不同，从插图可以看出实施例3制备所得四氧化三铁纳米粒子的平均尺寸为12.4nm。
40.四氧化三铁纳米粒子的化学组成成份主要通过x射线衍射(xrd)图谱进行表征，并示于图2中，由图可知，实施例1～3制备所得为fe3o4纳米粒子。
41.以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。


技术特征：
1.一种四氧化三铁纳米粒子的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)将γ-fe2o3与油酸混合均匀，得到溶液，再将1-十八烯与所述溶液混合，于氮气或惰性气体的环境下，于220℃保温30～40min，以使纳米粒子成核，再于320℃保温0.5～3h，自然冷却至室温20～25℃，得到油态液体，其中，按质量份数计，所述γ-fe2o3、油酸和1-十八烯的比为0.36：(2～6)：5；2)向所述油态液体中加入酒精，离心，得到沉淀，对沉淀进行清洗，得到四氧化三铁纳米粒子。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤1)中，将γ-fe2o3与油酸混合均匀的实现方式为：将γ-fe2o3与油酸混合，再超声至少20min即可。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤1)中，于220℃保温30～40min之前，去除体系内的水分。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，去除体系内的水分的实现方式为：于110～120℃保温至少0.5h。5.根据权利要求1或4所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤1)中，保温时，均置于搅拌条件下。6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤2)中，用正己烷与酒精体积比为1:3的混合溶液对沉淀进行所述清洗，清洗2～3次。7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤2)中，所述离心的转速为8000～10000rpm，时间为15～20min。8.根据权利要求1～7中任意一项所述制备方法在调节四氧化三铁纳米粒子的粒径中的应用。9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，调节四氧化三铁纳米粒子的粒径的方法为：将油酸与γ-fe2o3的质量比定义为m，所述m越大，所述四氧化三铁纳米粒子的粒径越大。10.根据权利要求8或9所述的应用，其特征在于，所述四氧化三铁纳米粒子的粒径为3～13nm。

技术总结
本发明公开了一种四氧化三铁纳米粒子的制备方法和应用，制备方法包括以下步骤：将γ-Fe2O3与油酸混合均匀，得到溶液，再将1-十八烯与溶液混合，于氮气或惰性气体的环境下，于220℃保温30～40min，以使纳米粒子成核，再于320℃保温0.5～3h，自然冷却至室温20～25℃，得到油态液体，其中，按质量份数计，γ-Fe2O3、油酸和1-十八烯的比为0.36：(2～6)：5；向油态液体中加入酒精，离心，得到沉淀，对沉淀进行清洗，得到四氧化三铁纳米粒子。本发明的制备方法操作步骤简单，制备条件温和，所使用的γ-Fe2O3无毒性，环境友好，成本低；所制备的Fe3O4纳米粒子的粒径可控，且具有单分散性。且具有单分散性。且具有单分散性。


技术研发人员：张晨光 李碧玉
受保护的技术使用者：天津理工大学
技术研发日：2020.03.09
技术公布日：2021/9/9