[发明专利]一种四氧化三铁空心多面体颗粒及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种四氧化三铁空心多面体颗粒及其制备方法，具体涉及一种利用溶剂热法制备得到的具有较强磁场饱和强度和较大比表面积的四氧化三铁空心多面体颗粒，属于磁性材料制备技术领域。

背景技术

四氧化三铁是一种重要的铁磁性材料，其在磁流体、磁记录材料、催化剂载体、生物医药等方面都有着极具前景的应用价值。此外，由于其良好的耐氧化能力、热稳定性好以及密度较小等优点，四氧化三铁纳米材料也被认为是一种优良的电磁波吸收材料。四氧化三铁有多种形貌，空心结构的四氧化三铁颗粒因其优良的性质近年来在国内外受到广泛关注。例如专利CN 200910213586.9 公开了利用氯化铁、乙二醇（或二乙二醇）和无水醋酸钠（或丁二酸钠）作起始原料来制备空心球形四氧化三铁纳米粒子的方法。专利CN 201210158461.2 也公开了一种空心球形四氧化三铁纳米粒子的方法，主要利用三氯化铁、乙二醇、尿素和四丁基氯化铵（或聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮、十二烷基苯磺酸钠、乙二胺四乙酸、乙二胺四乙酸二钠）作起始原料采用溶剂热法来制备的。文献“Lu-Ping Zhu, Hong-Mei Xiao, Wei-Dong Zhang, Guo Yang, and Shao-Yun Fu, Cryst. Growth. Des., 2008, 8: 957-963”以FeCl₃·6H₂O为原料通过溶剂热法合成了形貌均一，分散性好而且结晶性能好的Fe₃O₄空心纳米球。他们通过对实验过程进行分析检测后，发现实验中加入的乙二胺(EDA)对于空心球的形成有着至关重要的促进作用，并且提出了该Fe₃O₄空心纳米球形成的机理。此外，文献“Peng Hu, Lingjie Yu, Ahui Zuo, Chenyi Guo, and Fangli Yuan. J. Phys. Chem. C, 2009, 113, 900–906”也通过类似的方法制备了分散性好的Fe₃O₄空心纳米材料。他们在反应溶液中加入NH₄Ac，通过气泡辅助的奥斯瓦尔德效应成功地制备了直径约为400nm厚度约为60nm的Fe₃O₄空心纳米材料。

然而，目前所公开的四氧化三铁空心结构均为四氧化三铁空心纳米球，即均为球形形状，从而限制了该材料在很多领域里的应用。空心多面体结构的四氧化三铁纳米颗粒具有较大的比表面积、较低的密度和空心结构，其暴露的面为高表面能面，这些特性使其具有独特的性质，在水处理、药物负载、磁流体、吸波材料和催化等领域具有非常重大的应用。但是，由于多面体的四氧化三铁暴露的面为高表面能面，在合成过程中很容易消失，因此合成空心结构的多面体四氧化三铁非常困难，目前还没有相关报道。因此，合成具有高表面能面的Fe₃O₄空心多面体纳米材料将具有很好的应用前景。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的不足，提供了一种四氧化三铁空心多面体颗粒，该颗粒形貌规则，尺寸均匀，具有较强的磁性和较大的比表面积。

本发明还提供了该四氧化三铁空心多面体颗粒的制备方法，该方法操作简单、可控性强、重复性好，不需惰性气体保护即可制得形貌规则的四氧化三铁空心多面体颗粒。

本发明具体技术方案如下：

一种四氧化三铁空心多面体颗粒，其特征是：所述颗粒具有空心结构，形貌为多面体型，其横截面为多边形，颗粒尺寸为50-400 nm，壁厚为10-100 nm。

本发明所得四氧化三铁颗粒为内部中空的多面体形貌，而并非球形，从图1可以看出，将本发明产品切开后，其截面为多边形，而非圆形，这说明本发明产品是多面体形貌。

本发明四氧化三铁空心多面体颗粒具有较高的比表面积和较强的磁性，比表面积为45-62 m²/g；磁饱和强度为74-80 emu/g。

本发明四氧化三铁空心多面体颗粒的制备方法，包括以下步骤：

(1) 将铁源、六次甲基四胺加入多元醇中，搅拌得到均匀透明的溶液；

(2) 将氨水缓慢滴加到步骤(1)的溶液中，搅拌混合均匀，得悬浊液（即前驱体溶液）；

(3) 将步骤(2)的悬浊液在180~240 ℃下保温，制备四氧化三铁颗粒，反应后离心分离、洗涤，得四氧化三铁空心多面体颗粒。