四氧化三铁纳米粉体的制备及表征

1、四氧化三铁纳米粉体的制备及表征四氧化三铁纳米粉体的制备及表征南理工孙畅邱星屏邱星屏厦门大学化学化工学院厦门大学化学化工学院材料科学系材料科学系神奇的纳米四氧化三铁神奇的纳米四氧化三铁 磁性纳米粒子在理论和实际应用上都有着重大的意义。目前，纳米粒子正逐步的取代微米粒子，走上历史的舞台。 在磁记录方面磁性纳米粒子可用于高密度磁记录材料的制备。 在生物技术领域, 用磁性纳米粒子制成的磁性液体已广泛用于磁性免疫细胞分离核磁共振的造影成像以及药物控制释放等在已报道的各类磁性纳米粒子中。 有关四氧化三铁( Fe3O4) 纳米晶体的制备方法及应用研究尤其受到重视通过控制适当的反应条件, 人们已经能够制备出直

2、径从几个至几十个纳米的四氧化三铁纳米粒子。 与块体磁性材料不同,由于纳米粒子的尺寸极小( 1100 nm) ,常常表现出超顺磁性: 即在其磁滞回线上无顽磁和剩磁。纳米四氧化三铁的制备纳米四氧化三铁的制备（水解法）（水解法） Massart 水解法:将摩尔比为 2 1 的三价铁盐( Fe3+)与二价铁盐( Fe2+) 混合溶液直接加入到强碱性的水溶液中, 铁盐在强碱性水溶液中瞬间水解结晶形成四氧化三铁( Fe3O4) 纳米晶体。 滴定水解法：稀碱溶液滴加到摩尔比为 2: 1 的三价铁盐( Fe3+)与二价铁盐(Fe2+)混合溶液中, 使铁盐溶液的 pH 值逐步升高, 达到67 时, 水解生成 F

3、e3O4 纳米晶体。两种方法都可以制备出两种方法都可以制备出纳米四氧三铁纳米四氧三铁粒子，但是制备出的粒子的表征和性粒子，但是制备出的粒子的表征和性能却不尽相同，因此试验比较。能却不尽相同，因此试验比较。具体制备具体制备 Massart水解法水解法：0.85g(3.1mmol)FeCl3。6H2O与0.30 g(1.5mmol)FeCl24H2O,在氮气保护下将上述铁溶解于10mL二次蒸溜水中。在强烈的磁力搅拌下将铁盐混合溶液滴加入200mL,1. mol/L 的氢氧化(NH4OH)溶液中。水解产生的黑色四氧化三铁晶用磁铁从溶液分离出来,用蒸溜水洗涤3 次,然后分于20mL蒸溜水中。四氧化三铁

4、(Fe3O4)在水中的量,是从上述分散液中取出部分溶液,烘干后称重得到。具体制备具体制备 滴定水解法滴定水解法：称取0.85g(3.1mmol)FeCl36H2O与0.30 g(1.5mmol)FeCl24H2O,在氮气保护下溶解于200mL二次蒸溜水中。在强烈的磁力搅拌下, 将1.5M的氢氧化氨(NH4OH)溶液缓慢加入上述铁盐的混合溶液中,当溶液pH值升高到67时,铁盐水解产生大量的黑色四氧化三铁晶体粒子。继续滴加氢氧化氨至pH=8,使水解趋图Fe3O4纳米粒子的XRD谱图(a)滴定水解法制备得到的Fe3O4晶体粒子(b) Massart 水解法制备得到的Fe3O4 晶体粒子Fig.1XR

5、D patterns of Fe3O4 nano-particles于完全。四氧化三铁粒子采用以上同样方法分离纯化。实验结果实验结果Fe3O4 纳米粒子的 XRD 谱图(a)滴定水解法制备得到的 Fe3O4 晶体粒子(b)Massart 水解法制备得到的 Fe3O4 晶体粒子图1(a)的衍射峰较尖锐,而图(b)的衍射峰则较宽。说明由滴定水解法制备得到的 Fe3O4 纳米粒子的晶体比较粗大或粒径分布比较窄,Massart水解法制备得到的Fe3O4纳米粒子的晶体比较细小或粒径分布比较宽。实验结果实验结果Fe3O4纳米粒子的TEM照片(a)滴定水解法制备得到的Fe3O4晶体粒子(b)Massart水

6、解法制备得到的Fe3O4晶体粒子由滴定水解法制备得到的Fe3O4纳米粒子主要为球形结构。粒子大小均匀。粒子的直径均在510nm之间。平均直径约为 8 nm. 从图(b)可以看出,由 Massart方法水解得到的Fe3O4纳米粒子的外形不很规则,包含从球形到立方体之间的多种形态的粒子。虽然粒子的平均直径与滴定水解法制备的Fe3O4粒子差不多,但粒子大小分布不如前者均匀,包含一些直径小于5 nm及大于10nm的颗粒。实验结果实验结果两种粒子的磁滞回线均无顽磁和剩磁。这表明上述两种四氧化三铁纳米粒子都具有超顺磁性。从磁滞回线还可以看出,由滴定水解法制得的磁性粒子的饱和磁矩(Rs)略高于Massart

7、方法制得的磁性粒子,但相差不大。综上所述综上所述 采用采用1.5 mol/L的氢氧化氨稀溶液作水解液的氢氧化氨稀溶液作水解液,由由Massart合成法和滴定水解法均能够制得粒子直合成法和滴定水解法均能够制得粒子直径在径在510nm之间的之间的Fe3O4磁性粒子。其中磁性粒子。其中,由由Massart合成法得到的合成法得到的Fe3O4磁性粒子呈现从球磁性粒子呈现从球形到立方体形的多种形状。而由滴定水解法合成形到立方体形的多种形状。而由滴定水解法合成得到的得到的Fe3O4磁性粒子则主要为球形结构磁性粒子则主要为球形结构,粒子大粒子大小比较均匀。从磁性测量结果来看小比较均匀。从磁性测量结果来看, 由上述两种由上述两种方法合成的方法合成的Fe3O4磁性粒子的饱和磁矩相近磁性粒子的饱和磁矩相近,这与这与电镜照片观察到的两种粒子的尺寸相接近的结果电镜照片观察到的两种粒子的尺寸相接近的结果一致。一致。个人所见个人所见 Massart合成法的效果不如滴定水解法。但合成法的效果不如滴定水解法。但是合成方法相对简单。对于那些对粒子的是合成方法相对简单。对于那些对粒子的形状要求不高的方案，尽可以使用形状要求不高的方案，尽可以使用Massart合成法。而对那些精益求精的实验