[发明专利]还原法制备四氧化三铁纳米管的方法

说明书

技术领域

本发明属于一种制备纳米管的方法，具体地说涉及一种还原法制备四氧化三铁纳米管的方法。

技术背景

纳米颗粒由于具有量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应、宏观量子隧道效应、库仑堵塞和介电限域效应，使得其在光、电、磁、热、机械性能、化学性质、生物物理性质等方面都表现出了不同于常规固体及宏观粒子的新特征。纳米材料的性能很大程度上决定于纳米粒子的微观形貌，因此合成各种特殊形貌的纳米颗粒成了纳米科学领域不可或缺的重要组成部分。

氧化铁作为一种廉价、环保的过渡金属氧化物，其纳米结构颗粒具有良好的耐侯性、耐光性、磁性和对紫外线具有良好的吸收和屏蔽效应，可广泛应用于颜料、电子、高磁记录材料、传感器以及催化剂等方面，在生物工程、药物释放等领域也有着较好的应用前景。氧化铁纳米管由于其特殊的磁涡流状态以及其中空结构引起的较好的流动性，使得其在纪录磁头、纳米催化、生物传感器、纳米医学等领域有了良好的应用前景。目前的四氧化三铁纳米管生长主要是借助于模板法合成，例如多孔氧化铝模板、氧化镁纳米线模板等等。模板法不但会在产品中引人杂质，还会增加产品的成本，而且大规模的生产也是相当困难，这就造成了其在实际生产应用的瓶颈。

发明内容

本发明的目的是提供一种操作简单、无污染、成本低、易于实现大规模生产的还原法制备四氧化三铁纳米管。

本发明的目的是这样实现的：在高温还原气氛下，三氧化二铁(α-Fe₂O₃)转变至四氧化三铁属于氧原子从六方紧密堆积向立方紧密堆积过渡的过程，该过程是氧原子从阿尔法三氧化二铁中的AB型堆积转向四氧化三铁中ABC型堆积的转化过程，管状颗粒由于其较薄弹性管壁的存在，在这个转变过程中可以保持颗粒外观形貌不变。

本发明的制备方法如下：

取9-50mmol/L三氯化铁水溶液，然后加入等体积0.3-2.5mmol/L的磷酸二氢钠水溶液，搅拌均匀后，转入密闭反应釜，密封后在180-270℃恒温处理12-72h，然后取出反应釜，在空气中自然冷却，将釜中红色沉淀分离出来，水洗2-5次，空气中60-80℃烘干，得到阿尔法-三氧化二铁(α-Fe₂O₃)纳米管；然后，将阿尔法-三氧化二铁(α-Fe₂O₃)纳米管放入密闭的炉子中，通入还原气，升温至300-600℃，在该温度下维持1-5h，自然冷却至室温，即可得四氧化三铁(Fe₃O₄)纳米管。

上述原料三氧化二铁(α-Fe₂O₃)纳米管包括各种方法制备的三氧化二铁(α-Fe₂O₃)纳米管，例如德国《先进材料》(Adv.Mater.，2005年，第17卷，第2993页)报道的以炭纳米管为模板合成的α-Fe₂O₃纳米管。

所述的还原气是由还原性气体与惰性气体组成的混合气，还原性气体为H₂或CO，其体积占还原气总体积的3-50％，惰性气体为氩气、氮气等，其体积占还原气总体积的50-97％。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

1.操作简单，所需设备简易；

2.相对于模板法直接合成，该方法生产成本较低，容易实现大规模生产，方便实际工业应用。

3.产品重现性好，生产过程环保，没有废弃物产生。

具体实施方式

实施例1

取9mmol/L三氯化铁水溶液，然后加入等体积0.4mmol/L的磷酸二氢钠水溶液，搅拌均匀后，转入聚四氟乙烯反应釜，密封后放入200℃恒温烘箱，处理18h，然后取出反应釜，在空气中自然冷却，釜中红色沉淀用离心的方法分离出来，水洗2次，空气中60℃烘干，即可得阿尔法-三氧化二铁(α-Fe₂O₃)纳米管。取1g三氧化二铁(α-Fe₂O₃)纳米管，放入密闭的炉子中，通入体积比为5％H₂+95％Ar的还原气，程序升温至350℃，在该温度下维持4h，自然冷却至室温，即可得四氧化三铁纳米管。

实施例2