水熱法制備鈷摻雜的磁性納米顆粒的制備及表征

汪永麗，代學玉，于嬌嬌

(蘭州石化職業(yè)技術學院 石油化學工程學院，甘肅 蘭州 730060)

四氧化三鐵納米顆粒除了具有獨特的性能，還能通過摻雜某些離子而表現(xiàn)出特殊的如光、電、導體等性能，使其在更為廣闊的領域也有重要的應用。

水熱法是指一般用水作為反應介質(zhì)，在高壓釜里進行反應，高壓釜中的高溫、高壓環(huán)境，使得一般情況下較難溶或不溶的物質(zhì)溶解，進一步反應，最后重結晶而得到產(chǎn)物[1]。水熱法制備納米顆粒具有兩個特點：一是反應溫度相對較高(120～260℃)，有利于磁性能的提高；二是整個反應在封閉環(huán)境中進行，反應壓力相對較高(0.3～0.4MPa)，可避免有些組分的揮發(fā)。正因如此，水熱法成為制備納米材料的一種常見方法[2]。本文通過水熱法制備鈷摻雜的四氧化三鐵納米顆粒，制備得到粒徑分散均勻，磁響應好的納米顆粒。

1 實驗部分

1.1 實驗試劑與儀器

實驗試劑與儀器見表1、表2。

表1 實驗所用試劑

表2 實驗所用儀器

1.2 實驗步驟

100mL二口燒瓶中加入40mL去離子水(提前除氧)，2.16g FeCl3·6H2O、1.112g FeSO4·7H2O和一定量的鈷摻雜離子，電動攪拌10min，水浴加熱到60℃，滴加15 mL濃度為2mol/L氫氧化鈉溶液到上述溶液中，此時，反應溶液由紅棕色變?yōu)楹谏玔3]，繼續(xù)攪拌40 min，然后升高溫度到90℃并停止攪拌，靜止陳化40 min。取40mL上述溶液置于50mL水熱釜中，將水熱釜置于160℃的電子恒溫干燥箱中，水熱反應5 h，冷卻到室溫，通過外磁場作用磁性分離，用乙醇洗滌至中性，并超聲分散到無水乙醇中。

2 結果與討論

2.1 方法的選擇

目前，納米顆粒的制備有共沉淀法、水熱法、多元醇法等[4]，水熱法制備的產(chǎn)物具有較好的結晶形態(tài)，并可通過實驗條件調(diào)控納米顆粒的形貌，因此選擇了水熱法制備了Co2+摻雜量為總Fe量的5%的四氧化三鐵納米顆粒。

2.1 產(chǎn)物的TEM表征及分析

水熱法制備的樣品粒徑均勻，顆粒較大，約為15～20nm，無明顯團聚現(xiàn)象(見圖1)，這是因為水熱條件下的高溫高壓環(huán)境使得納米顆粒進行再次生長，小納米顆粒溶解，大納米顆粒繼續(xù)長大，最后長成粒徑均勻，分散性較好的納米顆粒，磁響應性良好。

圖1 水熱法制備鈷摻雜的四氧化三鐵納米顆粒TEM圖片

2.2 產(chǎn)物的原子吸收光譜表征及分析

以鈷空心陰極燈作為銳線光源，優(yōu)級純Co(NO3)2·6H2O溶液做為標液，繪制Co(NO3)2·6H2O溶液濃度與吸光度之間的線性關系圖，如圖2所示：

圖2 Co(NO3)2·6H2O濃度與吸光度線性關系圖

回歸方程為：

y = 0.0039x + 0.042，(R2= 0.9966)

( 1)

( 2)

將水熱法制備摻雜Co2+的四氧化三鐵納米顆粒洗滌干凈后置于60℃真空烘箱干燥后稱取0.0027g，然后用1.0 mL 2.00mol/L的HCl超聲溶解并用去離子水定容至5mL容量瓶，經(jīng)450nm的微孔濾膜過濾[5]，測其吸光度值，根據(jù)公式( 1)可得Co含量，根據(jù)式( 2)可得其摻雜效率。

結果如表3所示：

表3 Co元素含量分析

2.3 結果與討論

根據(jù)透射電子顯微鏡和原子吸收光譜對產(chǎn)物的形貌和元素含量進行表征，可知，水熱法制備的產(chǎn)物粒徑均勻，無明顯團聚現(xiàn)象，Co2+摻雜的四氧化三鐵納米顆粒其摻雜效率較高，制備的四氧化三鐵納米顆粒對磁場響應性好，實驗條件的摻雜量沒有明顯影響磁性，為納米顆粒的改性奠定了一定的基礎。