[发明专利]一种空心氧化铁材料及其制备方法

说明书

本发明属于材料合成技术领域，具体涉及一种空心氧化铁材料及其制备方法。本发明采用铁盐和有机配体为原料，通过甲醇，甲醇和水，N,N‑2‑甲基甲酰胺，或者N,N‑2‑甲基甲酰胺和水混合液作为反应溶剂，使用硝酸为氧化剂，氢氟酸为刻蚀剂，在反应12‑72h得到花瓣状空心氧化铁。本发明提出的制备方法具有刻蚀条件可控，工艺简单，流程短，产物形貌控制均匀等优点，为探索空心刻蚀氧化铁合成提供了一种具有前景的合成思路。

技术领域：

本发明属于材料合成技术领域，涉及一种高效的刻蚀形成的空心氧化铁环状材料及其制备方法。

背景技术：

纳米氧化铁目前是被广泛研究的无机纳米材料之一，由于其具有磁性等特征，被广泛用于磁性记录材料，药物负载，催化材料，以及可回收吸附材料等多个领域。材料的性质和其形貌息息相关，其中空心氧化铁由于具有较大的比表面积，更大的反应接触面积，较低的材料密度，有利于颗粒的分散性，在催化以及吸附领域具有很大优势，因此目前纳米氧化铁空心形貌结构一直是研究的热点之一。

目前合成空心氧化铁主要有两种方式，一种是通过自身前驱体煅烧的方式产生氧化铁包覆铁，然后高温使得腐蚀去除中心铁得到空心氧化铁；另一种方式是通过模板法形成氧化铁包覆模板剂方式，然后腐蚀模板剂得到空心氧化铁。Sheng Peng等人合成无定型态的Fe(CO)₅，然后通过自身作为模板在高温下氧化得到四氧化三铁然后慢慢的通过继续升高温度除去中心铁离子，得到空心氧化铁。但其工序相对较复杂冗长，且高温煅烧能耗较大。公开专利CN103803659A公布了一种模板法制备空心氧化铁的方式，其中采用二氧化硅作为模板剂，然后使用氨水作为pH调节剂在二氧化硅模板剂上生成前驱体，然后通过高温600-700℃下煅烧2-3h。虽然可以得到颗粒均匀分布的空心氧化铁球，然后存在大量二氧化硅的模板剂消耗，大量氨水形成污染，高温耗能等缺点。因此可以看出这两种方式合成空心氧化铁普遍存在需要氨水或者氢氧化钠碱性条件，以及氧化铁制备需要通过表面活性剂进行形貌控制，难以通过刻蚀进行控制腐蚀得到形貌规整空心氧化铁材料。因此本发明采用具有工艺简单，形貌可控性强，污染小等优势的合成方式，是一种非常具有工业前景的合成空心氧化铁的工艺。

发明内容：

本发明的目的是针对目前合成空心氧化铁制备方法的不足，提出一种基于溶剂热法的一步刻蚀形成花瓣状空心氧化铁的制备方法及其制备得到的材料。本方法制备工艺简单、产物形貌可控、能耗低、绿色环保。

本发明是通过以下方式实现：

一种空心氧化铁材料的制备方法，以铁盐作为金属源，使用有机配体均苯三甲酸、对苯二甲酸中的一种或两种作为形貌导向剂，添加硝酸作为氧化剂，以及氢氟酸作为刻蚀剂，通过溶剂热反应得到刻蚀的空心氧化铁材料。

本发明打破采用表面活性剂对纳米氧化铁材料进行形貌控制的常规技术思路，首次采用有机配体均苯三甲酸、对苯二甲酸作为形貌导向剂，得到了具有新颖结构的花状纳米氧化铁材料，拓宽了该材料后续的应用前景。

本发明选择硝酸作为氧化剂，用量小，效果显著。

本发明首次在溶剂热反应体系中使用了氢氟酸作为刻蚀剂，高效的通过溶剂热反应得到刻蚀的空心氧化铁材料。

本发明所述的空心氧化铁材料的制备方法，所述的铁盐包括：硝酸铁，氯化铁，硫酸铁中的一种，其中优选硝酸铁。

本发明所述的空心氧化铁材料的制备方法，溶剂指的是甲醇，甲醇和水，N,N-2-甲基甲酰胺，或者N,N-2-甲基甲酰胺和水的混合液，优选N,N-2-甲基甲酰胺和水的混合液，其中混合溶剂中甲醇或者N,N-2-甲基甲酰胺与水的体积比例是1:0.5-2，其中优选体积比例为1:1。

本发明所述的空心氧化铁材料的制备方法，有机配体：铁盐：硝酸：氢氟酸：溶剂量的摩尔比例＝1:1-4:0.5-3:1-3:4000-7000，其中优选比例为1:2.5:1.6:2.5:5000。