憎水性三金属纳米粒子的合成_表征及磁性

研究论文

憎水性三金属纳米粒子的合成、

表征及磁性

戴兢陶1,2,王新红2,孙玉凤2,沈 明1,3

(1.盐城师范学院江苏省滩涂生物资源与环境保护重点建设实验室,江苏盐城224051;

2.盐城师范学院化学化工学院,江苏盐城224051;

3.扬州大学化学化工学院,江苏扬州225002)

摘 要:以磺基琥珀酸二辛酯钠盐(AOT)为表面活性剂,采用反胶束法合成了憎水性CoFe/Au 纳米粒子,利用配体交换、水洗等去除AOT 并使纳米粒子分级.采用紫外 可见光谱(UV Vis)、透射电镜(TEM)、X 射线衍射(XRD)、X 射线电子能量散射(EDX)及等离子发射光谱(ICP)等对产物进行了表征,通过超导量子干涉仪(SQIUD)研究了纳米粒子的磁性质.结果表明,反胶束法合成的CoFe/Au 三金属纳米粒子具有较好的单分散性和稳定性,平均粒径约为4nm.当外磁场强度为

1.59 104A/m 时,阻塞温度T b 为65K,温度高于T b 时纳米粒子显示出超顺磁性,低于T b 时呈铁磁性,在5K 时其矫顽力(Hc)达4.67 104A/m.

关键词:反胶束;配体交换;CoFe/Au 纳米粒子;磁性质

文章编号:1674 0475(2010)03 0173 09 中图分类号:O61 文献标识码:A

磁性纳米合金复合材料因其独特的结构和磁性能,不仅在基本物理理论方面具有特殊的学术意义,而且在信息存储、石油化工、冶金、生物、医学、环保以及军事工业等领域都具有广泛的应用前景[1]

.如在磁记录材料方面,磁性纳米颗粒可取代传统的微米级磁粉用作高密度、抗干扰磁记录介质[2];在生物技术领域,用磁性纳米颗粒制成的磁性液体可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[3].所以,有关磁性纳米颗粒的制备方法及性质研究受到广泛的重视.

近年来,关于磁性纳米颗粒研究主要集中在铁族金属纳米颗粒的制备、结构以及磁性方面[4],尤其是铁系金属及其合金纳米颗粒,因被认为是未来最有希望的高密度磁记录及吸波材料而备受关注[5,6].但由于含钴、铁纳米材料巨大的比表面和钴、铁的化学活收稿日期:2010 01 06;修回日期:2010 02 09.通讯联系人:沈 明,E mail:shenming@.

基金项目:江苏省高校自然科学基础研究项目资助(08KJD150020);江苏省滩涂生物资源与环境保护重点建设

实验室项目资助(JLCBE09025,09003).

作者简介:戴兢陶(1964 ),女,博士,副教授,主要从事纳米材料的合成和性能研究,E mail:ycjtdai@.173

第28卷 第3期

影像科学与光化学Vo l.28 N o.3 2010年5月Imaging Science and Photochemistry M ay,2010

泼性,使得纳米粒子在空气中易被氧化而降低或失去磁性[7];此外磁性纳米粒子因磁偶极子的相互作用使纳米粒子易于聚集,从而影响到纳米粒子的分散性,使其失去纳米粒子的单磁畴性[8]

.上述的不利因素极大地阻碍了纳米粒子的进一步应用,因此在纳米粒子上包裹或掺杂贵金属Pt 及Au 等形成核 壳或复合结构,钝化它的化学活泼性,阻止其在空气中的氧化显得尤为重要[9].与常用的磁性材料单金属Fe 及铁酸盐相比,CoFe 合金在高频和高温下应用能更好地保持磁性而具有更优越的性能[10],如在微波区域纳米CoFe 合金则具有很强的渗透性,是一种极具潜力的高性能吸波材料.本文选用了贵金属Au 作为保护金属,利用双链型的AOT 为表面活性剂,正己烷为连续相,采用反胶束法制备了稳定的憎水性CoFe/Au 三金属复合磁性纳米粒子.1 实验部分

1.1 试剂及仪器

氯化钴(CoCl 2 6H 2O)、氯化高铁(FeCl 3 6H 2O)、水合肼(N 2H 4 H 2O,85%)、十二硫醇、正己烷、氯金酸(HAuCl 4 4H 2O)、硼氢化钠(NaBH 4)均购自国药集团化学试剂有限公司,均为AR 级;磺基琥珀酸二辛酯钠盐(AOT,含量为96%)购自上海百灵威化学试剂有限公司.

用北京普析公司T U1810SPC 紫外可见光谱仪(UV vis)检测溶胶的光谱性能;纳米粒子粒径观测在日立H 600透射电子显微镜(TEM)上进行;应用美国Leeam 公司的等离子发射光谱仪(ICP)测定了样品中的元素含量;在Hitachi S 4700电子能量散射仪(EDX)上进行了三金属纳米粒子的元素分析;金属溶胶浓缩后滴于玻片表面,室温下晾干,通过日本理学DMAX 3C Rig aku X ray 衍射仪(XRD)对样品进行了晶型分析;运用美国NPMS XL 型超导量子干涉仪(SQU ID)研究了纳米粒子的磁性质.

1.2 憎水性CoFe/Au 纳米粒子的制备

在制备CoFe/Au 纳米粒子时,用硼氢化钠和水合肼做还原剂.相对于水合肼而言,硼氢化钠的还原性更强,当分别将含有金属盐和还原剂的两种反胶束溶液混合后,Co (!)和Fe(∀)离子被硼氢化钠还原成零价的金属,且因水合肼与金属的亲和力较强,所以水合肼将围绕在反应生成的CoFe 纳米粒子的周围.当将含有HAuCl 4水溶液的另一反胶束溶液加到CoFe 纳米溶胶中时,HAuCl 4则被水合肼还原.因为反应是在有限的反胶束微反应池中进行的,所以新生成的Au 原子易与CoFe 纳米粒子形成复合物,其间,过量的水合肼及反应生成的N 2能有效阻止CoFe 金属纳米粒子被随后加入的HAuCl 4所氧化.

本文在反胶束体系中采用两步连续还原合成了稳定的憎水性CoFe/Au 复合纳米粒子.所用反胶束溶液由表面活性剂(AOT )/油/盐水构成,其中正己烷作油相、无机盐的水溶液为水核,反应体系的W ([H 2O]/[AOT])=8.0.

典型实验如下:将含有0 4mL 0 05mol/L FeCl 3和0.05mol/L CoCl 2(Fe 和Co 的摩尔比为1#1)的20mL 溶胶与含有0 4mL 0.75mol/L N 2H 4 H 2O 和0.75mol/L NaBH 4混合液的20mL 溶胶(两种还原剂的摩尔比为1#1),在室温和剧烈的磁力搅拌条 174 影 像 科 学 与 光 化 学第28卷