一種α?Fe2O3立方塊及微米球的制備方法技術

本發(fā)明專利技術公開了一種α?Fe2O3立方塊及微米球的制備方法，步驟是：將鐵鹽、碳酸氫鈉、PVP或TBAB加入到一元醇中，攪拌得到透明溶液；將該溶液通過溶劑熱法加熱且保溫一段時間，反應后離心、洗滌，得產(chǎn)品。本發(fā)明專利技術原料來源廣，價格低廉，合成過程簡便可控，產(chǎn)物的尺寸可調(diào)，產(chǎn)率高，形貌重復性好，適合大規(guī)模生產(chǎn)，在鋰離子電池、催化等領域具有潛在的應用價值。

【技術實現(xiàn)步驟摘要】
一種α-Fe2O3立方塊及微米球的制備方法
本專利技術涉及一種兩種不同形貌的α-Fe2O3的制備方法，具體涉及一種α-Fe2O3立方塊及微米球的制備方法，屬于功能材料制備

技術介紹
氧化鐵在室溫下具有多種存在形式，其中最穩(wěn)定的晶相為α-Fe2O3。由于α-Fe2O3微納米材料具有環(huán)境友好、抗腐蝕、物理化學優(yōu)異、結構易調(diào)控、比表面積大等優(yōu)點，引起了人們的廣泛關注，在水處理、磁性器件、氣敏材料、鋰離子電池、催化材料等領域具有較大的應用價值。作為一類重要的多功能性氧化物材料，α-Fe2O3微納米結構的調(diào)控已經(jīng)成為過度金屬氧化物領域開展的熱點問題。近年來，具有不同維度、尺寸可控、形貌特殊的α-Fe2O3微納米材料（如納米顆粒、納米棒、納米線、納米管、納米環(huán)、納米帶、多孔或中空納米結構等）的合成與性能研究已被陸續(xù)報道，常見的合成方法包括水熱法、高溫分解法、溶膠凝膠法、靜電紡絲法、模板法等。例如，“LiliWang,ZhengLou,JiananDeng,RuiZhang,andTongZhang,ACSAppl.Mater.Interfaces,2015,7,13098-13104”報道了以鐵氰化鉀、磷酸二氫鈉為原料，去離子水為溶劑，通過水熱法在200℃保溫不同時間分別合成了類球形納米顆粒、實心球、中空球和核殼結構α-Fe2O3納米材料，研究表明不同形貌的α-Fe2O3納米顆粒具有較好的氣敏特性；“YongmaoLin,PaulR.Abel,AdamHeller,andC.BuddieMullins,J.Phys.Chem.Lett.2011,2,2885-2891”報道了以氯化鐵、丙二胺為原料，去離子水為溶劑，通過水熱法在220℃保溫一定的時間合成了尺寸可調(diào)的α-Fe2O3納米棒，研究表明具有不同長徑比的α-Fe2O3納米棒對乙醇具有優(yōu)異的氣敏性能。通過合理設計反應體系，控制反應條件，能夠?qū)崿F(xiàn)α-Fe2O3微納米結構的形貌可控性、完整性與有序性，有利于揭示微觀結構對鋰電、催化、氣敏等性能的影響機制，拓展α-Fe2O3微納米材料的應用領域。目前，α-Fe2O3微納米材料的合成過程普遍存在原料成本高、反應條件苛刻、形貌重復性差、產(chǎn)物產(chǎn)率低、難以規(guī)模化生產(chǎn)等問題，特別是關于α-Fe2O3微納米立方塊和球型自組裝體結構的報道相對較少，其結構特性與鋰電、催化、氣敏等性能之間的作用機制需要深入研究。
技術實現(xiàn)思路
本專利技術的目的是提供一種α-Fe2O3立方塊及自組裝微米球的制備方法，該方法原料來源廣泛，價格低，產(chǎn)品形貌可控性強，尺寸可調(diào)，重復性好，具有很好的應用價值。本專利技術具體技術方案如下：一種α-Fe2O3立方塊或微米球的制備方法，該方法包括以下步驟：（1）將三價鐵鹽、NaHCO3、表面活性劑加入到一元醇溶劑中，攪拌得透明溶液，所述表面活性劑為PVP或TBAB；（2）將步驟（1）的溶液加熱，進行溶劑熱反應；（3）反應后，將產(chǎn)物離心、洗滌，得α-Fe2O3立方塊或微米球。上述制備方法中，當表面活性劑為PVP（聚乙烯吡咯烷酮）時，產(chǎn)物為α-Fe2O3立方塊，當表面活性劑為TBAB（四丁基溴化銨）時，產(chǎn)物為α-Fe2O3微米球。上述制備方法中，當表面活性劑為PVP時，三價鐵鹽與PVP（按單體計）的摩爾比為1：0.17-3.80；當表面活性劑為TBAB時，三價鐵鹽與TBAB的摩爾比為1：0.6-5.0。上述制備方法中，所述三價鐵鹽為鐵的鹵化物或硝酸鹽。上述制備方法中，所述一元醇為乙醇或丙醇。上述制備方法中，三價鐵鹽與NaHCO3的摩爾比為1：8-14。上述制備方法中，鐵鹽在溶液中的濃度為0.06-0.12mol/L。上述制備方法中，溶劑熱反應的溫度為170-220℃，反應時間為5-30h。上述制備方法中，溶劑熱反應在密閉條件下進行。上述制備方法中，所述α-Fe2O3立方塊的邊長為10-180nm，所述α-Fe2O3微米球的直徑為0.2-5.0μm，該微米球是由粒徑20-500nm的α-Fe2O3顆粒自組裝而得。本專利技術通過對反應原料的選擇以及反應條件的調(diào)整，尤其是通過表面活性劑、碳酸氫鈉和溶劑的搭配組合，得到了形貌規(guī)整的立方塊狀和自組裝微米球狀的α-Fe2O3產(chǎn)品。本方法原料來源廣，價格低，反應條件可控性高，產(chǎn)物形貌規(guī)整，重復性好，產(chǎn)率高，通過調(diào)節(jié)原料種類和反應條件能夠有效調(diào)控產(chǎn)品尺寸和形貌，適合大規(guī)模生產(chǎn)，對探索α-Fe2O3立方塊及自組裝微米球在鋰電、催化、氣敏等領域中的應用前景具有重要意義。附圖說明圖1為本專利技術實施例1合成的α-Fe2O3立方塊的X射線衍射（XRD）圖譜。圖2為本專利技術實施例1合成的α-Fe2O3立方塊的掃描電鏡（SEM）圖片。圖3為本專利技術實施例7合成的α-Fe2O3球形自組裝體的XRD圖譜。圖4為本專利技術實施例7合成的α-Fe2O3球形自組裝體的SEM圖片。圖5為本專利技術實施例7合成的α-Fe2O3球形自組裝體的SEM圖片。圖6為本專利技術對比例1合成的α-Fe2O3碗狀結構的XRD圖譜。圖7為本專利技術對比例1合成的α-Fe2O3碗狀結構的SEM圖片。具體實施方式下面通過實施例對本專利技術進行進一步的闡述，下述說明僅為了解釋本專利技術，并不對其內(nèi)容進行限定。下述實施例中，所用PVP的分子量為40000g/mol，其單體分子量為111g/mol。實施例11.1將0.676g的六水合氯化鐵（FeCl3?6H2O）、1.800g的NaHCO3、0.300g的PVP加入到25mL乙醇溶劑中，攪拌得到透明溶液；1.2將上述溶液轉(zhuǎn)移到反應釜中，在200℃下密閉反應16h；1.3產(chǎn)物經(jīng)過離心分離和洗滌后，得到α-Fe2O3立方塊。產(chǎn)物的物相結構和微觀形貌分別如圖1和2所示。圖1是α-Fe2O3立方塊的XRD圖譜，可以發(fā)現(xiàn)X射線衍射峰值與JCPDS卡（33-0664）保持一致，證明所得產(chǎn)物為α-Fe2O3相；圖2是α-Fe2O3立方塊的SEM圖片，可以發(fā)現(xiàn)α-Fe2O3立方塊的邊長為57-70nm，且分散性較好。實施例22.1將1.010g的九水合硝酸鐵（Fe(NO3)3?9H2O）、1.691g的NaHCO3、0.050g的PVP加入到38mL丙醇溶劑中，攪拌得到透明溶液；2.2將上述溶液轉(zhuǎn)移到反應釜中，在170℃下密閉反應6h；2.3產(chǎn)物經(jīng)過離心分離和洗滌后，得到邊長為13-17nm的α-Fe2O3立方塊。實施例33.1將1.010g的Fe(NO3)3?9H2O、2.310g的NaHCO3、0.490g的PVP加入到27mL乙醇溶劑中，攪拌得到透明溶液；3.2將上述溶液轉(zhuǎn)移到反應釜中，在190℃下密閉反應14h；3.3產(chǎn)物經(jīng)過離心分離和洗滌后，得到邊長為44-55nm的α-Fe2O3立方塊。實施例44.1將0.676g的FeCl3?6H2O、1.710g的NaHCO3、0.055g的PVP加入到35mL乙醇溶劑中，攪拌得到透明溶液；4.2將上述溶液轉(zhuǎn)移到反應釜中，在180℃下密閉反應28h；4.3產(chǎn)物經(jīng)過離心分離和洗滌后，得到邊長為30-40nm的α-Fe2O3立方塊。實施例55.1將1.010g的Fe(NO3)3?9H2O、2.836g的NaHCO3、0.989g的PVP加入到23mL丙醇溶劑中，攪拌得到透明溶液；5.2本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術保護點】
一種α?Fe

【技術特征摘要】
1.一種α-Fe2O3立方塊或微米球的制備方法，其特征是包括以下步驟：（1）將三價鐵鹽、NaHCO3、表面活性劑加入到一元醇溶劑中，攪拌得透明溶液；（2）將步驟（1）的溶液加熱，進行溶劑熱反應；（3）反應后，將產(chǎn)物離心、洗滌，得α-Fe2O3立方塊或微米球。2.根據(jù)權利要求1所述的制備方法，其特征是：所述表面活性劑為PVP或TBAB；當表面活性劑為PVP時，產(chǎn)物為α-Fe2O3立方塊，當表面活性劑為TBAB時，產(chǎn)物為α-Fe2O3微米球。3.根據(jù)權利要求1或2所述的制備方法，其特征是：當表面活性劑為PVP時，三價鐵鹽與PVP（以單體計）的摩爾比為1：0.17-3.80；當表面活性劑為TBAB時，三價鐵鹽與TBAB的摩爾比為1：0.6-5.0。4.根據(jù)權利要求1-3中任一項所述的制備方法，其特征是：所述一元醇為乙醇或...

【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：馬謙，陳迎，車全德，王俊鵬，陳玲，楊萍，
申請(專利權)人：濟南大學，
類型：發(fā)明
國別省市：山東,37