[发明专利]一种超顺磁铁氧体纳米粒子的制备方法

说明书

技术领域

       本发明属于化学合成领域，具体涉及一种超顺磁铁氧体（M_xFe_yO₄）纳米粒子的制备方法。

背景技术

超顺磁纳米粒子易于磁操控，表面可以修饰不同的功能性基团，在生物医学、水污染治理、催化、磁记录材料等领域具有广泛的应用。超顺磁性Fe₃O₄纳米粒子是应用最为广泛的材料，其合成方法很多，合成技术也较为成熟，但是其中Fe²⁺容易氧化，放置久了会转化成Fe₂O₃而失去磁性，而且共沉淀法合成的产物通常是Fe₂O₃和Fe₃O₄组成的混合物。因而，在Fe₃O₄纳米粒子中掺杂二价的金属离子（如Zn²⁺、Mn²⁺、Ni²⁺等），可以提高纳米粒子的稳定。

Sun等人(J Am Chem Soc, 2004, 126, 273-279)报道了高温分解金属的乙酞丙酮化合物：Fe(acac)₃与M(acac)₂ (M=Co, Mn等)制备纳米MFe₂O₄的方法。Bao等人(J Am Chem Soc, 2007, 129, 12374-12375)报道了，高温分解金属的复合油酸化合物制备MFe₂O₄(M=Co, Ni, Mn等)的方法。上述方法得到的纳米粒子结晶度好，粒径均一，但是都是利用金属有机化合物高温热分解得到其他金属离子掺杂的MFe₂O₄纳米粒子，反应所用为非极性有机溶剂，所得产物只能溶解在正己烷等非极性有机溶剂中，不能直接应用于生物医学、水污染治理等领域。徐晓荣等用Massart方法合成了MFe₂O₄(M =Fe, Co, Ni)磁性纳米粒子，反应在水相中进行，但是该方法制备的纳米粒子在电镜下观察，发生了明显的团聚，水分散不好，难以应用于生物医学、水污染治理等领域。开发简单、大规模制备超顺磁性M_xFe_yO₄纳米粒子的工艺具有重大的应用价值。

发明内容

本发明的目的在于提供一种超顺磁铁氧体纳米粒子的制备方法，通过改变注入的端氨基醇的体积来调节纳米粒子的粒径大小，通过改变三价铁盐和二价金属离子盐的比例来调节M_xFe_yO₄中x和y的比例(x:y=0-1:2)，步骤简单，重复性好；常压下制备纳米粒子，条件温和，适合大规模制备。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种超顺磁铁氧体M_xFe_yO₄纳米粒子，M为二价的金属离子，x:y为0-0.5，平均粒径为2-8 nm。

制备方法包括以下步骤：

1）以多元醇作为溶剂，加入可溶性三价铁离子盐、可溶性二价金属离子盐和保护剂，完全溶解后形成澄清溶液；

2）将步骤1）所得到的澄清溶液加热至180-220℃后恒温10 min，然后注入液态的端氨基醇，继续恒温10 min-2 h，冷却；

3）加入溶剂等体积的无水乙醇和乙酸乙酯组成的混合液；

4）离心，将沉淀分散在水中，然后用孔径为100 kD的超滤膜超滤3次，经冷冻干燥，得到超顺磁M_xFe_yO₄纳米粒子。

步骤1）的多元醇为乙二醇、二乙二醇、三乙二醇、四乙二醇、聚乙二醇中的一种或多种。

步骤1）的可溶性三价铁离子盐为三氯化铁，其用量为：15 mL溶剂中加入0.1-0.5 mmol无水三氯化铁。

步骤1）的可溶性二价金属离子盐为MCl₂，M为Ni、Mn、Zn、Co中的一种，其用量为：15 mL溶剂中加入0.03-0.15 mmol无水MCl₂。

步骤1）的保护剂为脂肪族多羧酸有机物。所述的脂肪族多羧酸有机物为丁二酸、己二酸、柠檬酸、苹果酸、酒石酸、聚丙烯酸及其衍生物中的一种或多种。