学术周报告--水热法制备纳米氧化铁材料

水热法制备纳米氧化铁材料

摘要：水热水解法制备纳米氧化铁材料，是通过控制一定的温度和酸碱度，使一定浓度的金属铁的水解，生成氧化铁。条件适当可以得到颗粒均匀的多晶态溶胶，其颗粒尺寸在纳米级，对提高气敏材料的灵敏度和稳定性有利。

关键字：水热水解法纳米材料氧化铁制备影响因素

水解反应是中和反应的逆反应，是一个吸热反应。水热法【1】又称为热液法, 是指在特制的密闭反应器(高压釜)中, 采用水溶液作为反应体系, 通过对反应体系加热, 产生一个高温高压的环境, 加速离子反应和促进水解反应, 在水溶液或蒸气流体中制备氧化物, 再经过分离和热处理得到氧化物纳米粒子, 可使一些在常温常压下反应速率很慢的热力学反应在水热条件下实现反应快速化。

纳米材料【2】是指晶粒和晶界等显微结构能够达到纳米级尺度水平的材料，是材料科学的一个重要发展方向。纳米材料由于粒径较小，比表面很大，表面原子数会超过体原子数。因此纳米材料常表现出与本体材料不同的性质，在保持原有物质化学性质的基础上，呈现出热力学上的不稳定性。纳米材料在发光材料、生物材料方面也有重要的应用。

纳米氧化铁是一种多功能材料，在催化、磁介质、医药等方面具有广泛的应用。纳米氧化铁还被广泛应用到生产生活中，被用作颜料和涂料、装饰材料、油墨材料、磁性材料和磁记录材料、

敏感材料等。

实验仪器和试剂

仪器：台式烘箱，721或722型分光光度计，医用高速离心机或800型离心沉淀器，酸度计，多用滴管，20mL具塞锥形瓶，50mL容量瓶，离心试管，5mL吸量器。

试剂：1.0mol/LFeCl3溶液，1.0mol/L盐酸，1.0mol/LEDTA 溶液，1.0mol/L(NH4)2SO4溶液。

实验步骤

1.实验中的玻璃仪器均需严格清洗，先用铬酸洗液洗，再用离子水冲洗干净，然后烘干备用。

2.根据文献及实验时间，本实验选定水解温度为105摄氏度，有兴趣的同学可用95摄氏度，80摄氏度对照。

3.水解时间的影响，需读取6次，绘制A-t图。

4.水解液pH的影响，改变水解液的浓度，分别为1.0,1.5,2.0,2.5,3.0；用分光光度计观察水解pH的影响，绘制pH-t 图。

5.水解液中的三家铁离子浓度的影响，绘制A-t图。

6.沉淀的分解，取上述水解液一份，迅速用冷水冷却，分为二分，一份用高速离心机离心分离，一份加入硫酸铵使溶胶沉淀后用普通离心机离心分离。沉淀用去离子水洗至··无氯离子为止。

7.产品鉴定。

关于制备过程中影响因素的讨论。

用水热法在不添加任何改性剂的条件下,以FeC l3.6H2O为原料制备出了直径在60~80nm,长度在200nm左右、均匀分散的棒状Fe2O3。将其应用于化学气相沉积法制备碳纳米管。【3】浓度

反应物的浓度决定了水解反应的平衡过程和成核过程, 对于制得的产物的尺寸和形貌有着重要影响, 通过调节浓度可以得到不同尺寸和形貌的产品。

陶新永研究了氢氧化钠浓度对氧化锌纳米棒形貌和尺寸的影响。当氢氧化钠浓度为0. 5mol/L时,产物的形态比较多样, 除了有纳米棒外还有纳米片的存在, 纳米棒直径及长度分布不均匀; 当氢氧化钠浓度增大到1mol/L时, 产物大多为纳米棒, 但有少量锥形产物存在, 纳米棒长度及直径分布都不均匀, 有的纳米棒长度超过了1Lm; 当浓度为2mol/L时, 产物都是纳米棒, 直径较小且分布均匀。【4】

Guo【5】研究认为纳米棒直径与反应物的浓度之间不是线性关系。在相对较高的浓度区间内, 浓度降低两倍, 直径降低将近3倍; 而在相对较低的浓度区间内, 浓度降低一个数量级, 直径却降低很少。

温度

水热反应温度作为一个重要的调控参数, 影响反应的进度和结晶速度, 直接影响纳米材料的生长过程, 进而对产物的形貌

和性能都会产生影响。

Gou曾做过水热法制备纳米氧化锌的实验。Guo研究了水热生长温度对在ITO基底上生长氧化锌纳米棒阵列的影响。生长温度对于纳米棒的长径比有很大影响, 当生长温度从40e 到95e 时, 纳米棒的平均直径基本没变, 但是平均长度却从200nm增长到1. 2Lm。在不同的温度下, 纳米棒都是沿[ 001]方向生长, 表明沿着[ 001]方向生长速率对温度更敏感。靳福江[ 6]研究水热反应温度对于氧化锌纳米棒发光强度的影响。随着水热反应温度的升高( 60, 70, 80, 90e ), 氧化锌纳米棒光致发光强度依次增强, 同时观察到温度升高时, 紫外发射峰的强度增加比较大, 而其他峰位增加的比较小, 与Guo的结论有所不同。

反应时间

反应时间在纳米材料合成过程中起到很关键的作用。反应时间影响产品的形貌和产率。具体反应时间的控制应视不同的反应体系而定。

pH值

水热条件下的溶解度与溶液的碱性和反应温度有很大的关系, 溶液碱性的增强和反应温度的提高,增大了三价铁离子的溶解度, 若在碱性条件下则形成离子基团即是晶体的生长基元。另一方面, 生长时溶液中OH-的多少强烈地影响着晶体生长基元的结构形式和晶体生长的界面性质。

pH值的大小影响前驱物的溶解度, 且改变生长基元的生长

方向和过程, 控制pH值有利于晶体的取向生长, 得到目标产物的结构、形貌和性质会有很大不同。

对于水热法制备纳米氧化铁, 原料的选择、反应物的浓度、反应温度、反应时间和添加剂等都影响着产物的尺寸、形貌和性能。未来的工作应该对反应过程中的影响因素进行系统的研究, 各种影响因素相互制约, 要综合考虑所有可能影响晶体生长的因素, 通过调整反应条件或参数, 可以实现氧化铁纳米材料的可控合成。同时要加强对于水热反应机理的研究, 在此基础上才能更好地实现对于水热反应产物微观结构的控制与改变, 进而实现对材料性能的有效控制,从而使水热法制备纳米氧化铁工业化、规模化。

参考文献

[1]郑兴芳.水热法制备纳米氧化锌的影响因素研究[J].化工时刊,2010,06:50-53.

[2]关鲁雄.水热法制备纳米氧化铁材料.

[3]夏晓红,罗永松,梁英,贾志杰.水热法制备棒状纳米氧化铁及其在碳纳米管制备中的应用[J].功能材料与器件学报,2006,06:505-508.

[4] 陶新永, 张孝彬, 孔凡志等. PEG辅助氧化锌纳米棒的

水热法制备[ J].化学学报, 2004, 62(17): 1658~1662

[5] GuoM, Diao P, CaiSM. Hydrothermal growth of well- aligned ZnO nanorod arrays: Dependence of morphology and