氧化鐵超細顆粒的制備及其表征

陳嘉敏，蔡育妮，彭雨辰，陳澤鴻，徐焱焱，龔曉鐘

（深圳大學 化學與化工學院 深圳市功能高分子重點實驗室，廣東 深圳 518060）

工程師園地

氧化鐵超細顆粒的制備及其表征

陳嘉敏，蔡育妮，彭雨辰，陳澤鴻，徐焱焱，龔曉鐘

（深圳大學 化學與化工學院 深圳市功能高分子重點實驗室，廣東 深圳 518060）

以Fe（NO3）·39H2O為原料，用水熱法制備氧化鐵超細粉體,并采用X-射線衍射（XRD）以及掃描電子顯微鏡（SEM）對制得的粒子進行表征。結(jié)果表明，實驗中運用水熱法制備得到的氧化鐵超細顆粒晶型為斜方六面體系，顆粒為球狀，直徑在120~150nm之間，能夠達到程度較高的分散效果。

水熱法；氧化鐵；X-射線衍射；掃描電鏡

Abstract:The nano-powder of ferric oxide have been prepared via hydrothermalmethod by using ferric nitrate honahydrate as rawmaterialand then are investigated by the X-ray diffraction (XRD),scanning electronmicroscopy(SEM).It is found that the of ferric oxide prepared via hydrothermalmethod are rhombohedral,shaped spherality,and 120~150nm in its diameter,which are highly dispersed.

Key words:hydro-thermalmethod;ferric oxide;X-ray diffraction;scanning electronmicroscope

二十一世紀，縱觀新材料、信息、能源等技術(shù)領(lǐng)域，納米材料都發(fā)揮著舉足輕重的作用[1]。隨著納米材料在各個領(lǐng)域上的應用逐步拓寬，其研究制備也開始趨于成熟。然而，世界范圍內(nèi)的能源和環(huán)境問題日益加劇，納米材料的開發(fā)和利用仍然是當今的技術(shù)研究熱點之一。氧化鐵納米材料成本低廉,相比其它納米材料，它在制備過程中對環(huán)境污染較小,抗腐蝕性和穩(wěn)定性強,在食品、醫(yī)藥[2]、催化劑[3]、顏料[4]、磁性原料[5]、半導體[6]、氣體傳感器[7,8]以及在環(huán)境保護過程中的氣體脫硫、廢水處理[9]等領(lǐng)域具有廣泛應用。由此可見，關(guān)注其納米結(jié)構(gòu)的合成、表征和性能研究具有極其重要的意義。

本文主要在前人研究的基礎(chǔ)上，利用水熱法制備出Fe2O3超細顆粒，用XRD、SEM等對合成的產(chǎn)物進行表征分析，并對相關(guān)的合成機理進行了探討。

1 實驗部分

1.1 原材料及儀器

Fe（NO3）3·9H2O；SnCl4；NaOH；無水乙醇；正己烷；油酸。

高壓反應釜；電熱鼓風干燥箱；紅外燈；電子爐；離心機；D8ADVANCE型X-射線衍射儀；S-3400N（Ⅱ）型掃描電子顯微鏡。

1.2 實驗原理

水熱法是指在密封的體系中,以水為溶劑,在一定的溫度下在水的自生壓強下，反應混合物進行反應的一種方法，所用的設備通常為不銹鋼反應釜。利用水熱法可以直接合成納米氧化物、硫化物，并且能夠降低或避免硬團聚的形成[10]。

水熱法是制備超細粉體的濕化學方法之一，與其他粉體制備方法相比較，具有如下特點：粉體晶粒發(fā)育完整，粒徑很小但分布均勻；團聚程度較輕；易得到合適的化學計量比和晶粒形態(tài)；可以使用較便宜的原料；省去了高溫煅燒和球磨，避免了雜質(zhì)引入和結(jié)構(gòu)缺陷；粉體在燒結(jié)過程中表現(xiàn)出很高的活性等[11]。

本實驗利用普通水熱法[12]制備氧化鐵納米粒子的反應原理如下：首先由反應一Fe（OH）3+e-=Fe（OH）2+OH-的 電 極 電 勢 為 -0.56V， 反 應 二Sn4++2e-=Sn2+的電極電勢為0.15V，可知制備過程中利用SnCl4來防止Fe3+被還原是行之有效的；進入反應階段，三價Fe3+首先進行水解反應：Fe3++3H2O=Fe（OH）3+3H+，在堿性條件下加熱析出沉淀 Fe（OH）3，以Fe（OH）3水溶液作為前驅(qū)物，放入以聚四氟乙烯為襯底的高壓反應釜中，在低于300℃下進行適當?shù)乃疅崽幚?，最終形成穩(wěn)定結(jié)晶相，即：2Fe（OH）3=Fe2O3+3H2O

1.3 實驗過程

先稱取一定量的 Fe（NO3）3·9H2O固體置于洗凈干燥的燒杯中，用少量蒸餾水將其完全溶解，定量轉(zhuǎn)移容量瓶中，加入蒸餾水定容，配置成濃度為0.624mol·dm-3的鐵鹽溶液待用；同理配制0.5mol·dm-3SnCl4溶液、10（wt）%以及 5（wt）%的 NaOH 溶液待用；用移液管移取300mL已配制好的鐵鹽溶液于一個洗凈的大燒杯中，加入10mL已經(jīng)配置好的SnCl4溶液，用10（wt）%的NaOH溶液調(diào)節(jié)鐵鹽溶液的pH值至7.5～8.0之間，并加熱至60～70℃，抽濾，用約400mL水分步洗滌；最后將濾餅重新分散在400mL蒸餾水中，用5（wt）%的NaOH溶液調(diào)節(jié)其pH值為11.0～11.5；轉(zhuǎn)移至高壓反應釜中，于一定溫度下反應2h，冷卻后出釜；離心，將上層清液倒出；蒸餾水洗滌，用膠頭滴管反復吹打（使其均勻分散，達到洗滌效果），離心；無水乙醇洗滌，按以上方法進行洗滌2次；于80℃干燥6h；分散于正己烷中，加入1～2D油酸，保存。

2 產(chǎn)物的表征與結(jié)果

2.1 晶型

2.1.1 檢測方法 用D8ADVANCE型X-射線衍射儀在銅靶、管壓為40kV，管流為30mA，掃描區(qū)間在20°～80°之間，掃描速度6°·s-1的條件下對Fe2O3粉體進行物相分析。

圖1 氧化鐵的XRD圖Fig.1 XRD of ferric oxide

2.1.2 檢測結(jié)果 氧化鐵X-射線衍射圖譜

2.1.3 結(jié)果討論 制備后的氧化鐵經(jīng)過XRD檢測后所得衍射圖用JADE 5.0軟件進行分析，通過與PDF-#卡號為33-0664的標準卡片對比后，發(fā)現(xiàn)2θ在 33.152，35.611，49.479，54.089，63.989°，對應于[104]，[110]，[024]，[116]，[300]衍射面處分別有強度不同的衍射峰，因此，可以判定實驗所得氧化鐵的晶型為斜方六面體系。

2.2 粒徑

2.2.1 檢測方法 將氧化鐵粉末分散到正己烷溶液中，進行超聲振蕩，放置在鋁片上待溶劑揮發(fā)后，噴金，用掃描電子顯微鏡觀測粒子的形態(tài)和大小，放大倍數(shù)為20K。

圖2 氧化鐵的SEM圖Fig.2 SEM of ferric oxide

2.2.2 檢測結(jié)果 氧化鐵SEM圖像見圖2。

2.2.3 結(jié)果討論 用掃描電子顯微鏡（SEM）對氧化鐵的粒徑進行觀察，所得結(jié)果圖像清晰度高。所制得的氧化鐵顆粒為球狀，直徑在100～150nm之間，分散程度較高。

3 結(jié)論

本實驗以 Fe（NO3）3·9H2O 為原料，用水熱法制備氧化鐵超細顆粒。采用X-射線衍射（XRD）、掃描電鏡（SEM）對制得的粉體進行表征。結(jié)果表明，試驗中制備得到的氧化鐵超細顆粒晶型為斜方六面體系，顆粒為球狀，直徑在120～150nm之間，分散程度較高。為了得到粒徑更小，分散程度更高的氧化鐵納米顆粒，我們將會在此基礎(chǔ)之上研究氧化鐵制備過程中不同的制備條件對制得粉體產(chǎn)生的影響，摸索出制備氧化鐵納米粒子的最佳工藝條件的同時，對其氣敏性進行研究，我們還需要做更多的實驗工作。

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Preparation and characterization for ferric oxide ultra-fine grain

CHEN Jia-min，CAIYu-ni，PENG Yu-chen，CHEN Ze-hong，XU Yan-yan，GONG Xiao-zhong（Key laboratory of functional polymer,College of Chemistry&Chemical Engineering,

Shenzhen University,Shenzhen 518060,China）

TQ138.1

A

1002-1124（2011）02-0071-03

2010-12-14

陳嘉敏（1990-），女，深圳大學化學與化工學院學生。

導師簡介：龔曉鐘（1960-），女，教授，主要從事物理化學教學及納米材料、稀土金屬材料的研究，發(fā)表論文40余篇。