[发明专利]核-壳结构的尖晶石铁酸盐空心球的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于功能材料技术领域，具体地说是涉及一种核-壳结构的尖晶石铁酸盐空心球的制备方法。 

背景技术

尖晶石铁酸盐，一般指MFe₂O₄(M＝Zn、Ni、Co、Cd等)，是一种重要的磁性材料，在电子器件、信息储存、磁响应成像、药物输运等方面具有重要的应用。纳米或微米尺度的铁酸盐空心球由于具有低密度、大比表面、中空结构以及由纳米粒子构成的壳，因而具有独特的物理化学性质，所以这种核-壳结构的空心球被广泛地应用于与表面性质相关的应用领域，例如作为很多反应过程中的催化剂、消除有毒气体的吸收剂以及气体敏感系统中的传感器材料等，此外，其在光子晶体、诊断学、药理学等方面也具有潜在应用价值。 

目前，制备核-壳结构的空心球最常用的方法是硬模板法，所采用的模板一般是氧化硅或聚苯乙烯。该方法要经过一个多层包覆的过程，首先制备氧化硅微球的核，接着在其表面修饰一层疏丙基三甲氧基硅，再在其表面包覆一层聚苯乙烯，然后再继续修饰一层聚乙烯吡咯烷酮，最后在修饰后的微球上包覆壳物质并经过热处理或用有机溶剂溶掉中间层的聚苯乙烯，得到核-壳结构的空心球。利用这种方法，Journal of Colloid and Interface Science 279(2004)281-283中公开报导了制备的氧化硅为核、氧化钛为壳的空心球；AppliedSurface Science 252(2006)8724-8733中公开报导了制备的氧化硅为核、硒化镉为壳的空心球；Journal of Colloid and Interface Science 315(2007)434-438中公开报导了制备的氧化硅为核、聚吡咯烷酮为壳的空心球。这种方法制备核-壳结构的空心球，由于要经过多次包覆和表面修饰，因而工艺流程长、制备过程复杂。并且目前制备的核-壳结构的空心球大多是以氧化化硅为核、其他物质为壳的异质空心球。而这种方法用来制备尖晶石铁酸盐核-壳结构的空心球则比较困难。这是由于铁酸盐的核不像氧化硅那样由于具有易于和表面活性剂结 合的硅氧键，因而难于进行表面修饰，从而不能层层包覆。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用碳球作为模板通过一步吸附法来制备核-壳结构的尖晶石铁酸盐空心球的方法，该方法由于省去了层层包覆和多次修饰的步骤，因而工艺流程短、操作简便。 

本发明提供的核-壳结构的尖晶石铁酸盐空心球的制备方法，是以碳球为模板，首先在180℃-210℃，利用水热法用蔗糖制备碳球模板；然后将碳球分散于高浓度的金属盐溶液中吸附金属离子；最后将吸附了金属离子的碳球在空气中进行热处理，以除去碳球，得到所需的核-壳结构的尖晶石铁酸盐空心球。 

在本发明的一个具体实施方式中，所述的高浓度的金属盐溶液为摩尔浓度比为1∶2二价金属盐和硝酸铁的溶液。 

在本发明的一个具体实施方式中，所述的在空气中进行热处理的温度为600℃。 

本发明的方法的优点在于：首先，本发明的方法不同于现有技术那样，无需经过多次包覆和表面修饰，因此工艺流程简短、制备过程简单，也避免了铁酸盐的核不易进行表面修饰和不能层层包覆的缺陷；此外，本发明以一种简单的方法来制备多种核-壳结构的铁酸盐空心球，且该空心球的核-壳结构是通过提高金属盐溶液的浓度产生的，并通过控制溶液中金属盐的浓度来控制内核的产生及大小、以及外壳的尺寸，本发明制备的铁酸盐空心球的直径在1.2微米，内核直径可在200-500纳米，壳壁厚度为20-50纳米，这种空心球具有中空、多孔的结构并且比表面大，可广泛应用于催化，吸附及气敏等领域；因此，本发明方法操作方便，原料成本低廉，无环境污染，具有广阔的应用前景。 

附图说明

图1a和1b分别为本发明实施例1制备的ZnFe₂O₄核-壳结构空心球的低倍数和高倍数的透射电镜照片； 

图1c、1d分别为本发明实施例2制备的ZnFe₂O₄核-壳结构空心球的低倍数和高倍数的透射电镜照片； 

图2a、2b、2c分别为本发明实施例3、4、5制备的核-壳结构的CoFe₂O₄、 NiFe₂O₄、CdFe₂O₄空心球的透射电镜照片；