[发明专利]一种制备规则八面体Fe3O4颗粒的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种规则八面体结构Fe₃O₄的制备方法，属于金属功能材料、磁性材料制备工艺领域。

背景技术

四氧化三铁（Fe₃O₄）作为一种重要的尖晶石类铁氧体，是应用最为广泛的软磁性材料之一，常用作磁流体材料、催化剂等，其在生物技术领域和医学领域亦有着很好的应用前景，因此一直以来受到研究人员的广泛重视。目前已成功制备多种形貌的亚微米尺寸及纳米尺寸Fe₃O₄，如八面体、立方体、球形和类球形、纳米线、纳米棒及纳米片等。与其它形貌的Fe₃O₄相比，八面体Fe₃O₄在保持较高的饱和磁化强度的同时，具有更高的剩余磁化强度和矫顽力，使其能够在磁流体、信息存储等领域有更好的应用，因而八面体结构的Fe₃O₄是近几年来研究人员的重点研究对象之一。

以往研究人员通常利用水热法来合成八面体型Fe₃O₄。水热法是指在密封的压力容器中，以水为溶剂，温度从100 ~ 400 ℃，压力从大于0.1 MPa直至几十到几百MPa的条件下，使前驱物（即原料）反应和结晶。水热法制备出的八面体晶体，晶粒发育完整，颗粒之间很少团聚，该法原料较为丰富，可以得到理想的化学计量组成材料；但是其制备过程比较复杂，对工艺条件要求较高，一般需要在高温高压下进行，且所制得的八面体Fe₃O₄的颗粒尺寸通常较大且不均匀。例如Zhao等人以(NH₄)₂Fe(SO₄)₂·6H₂O为原料，同时加入Triton X-100和NaOH等添加物，在充满Ar保护气氛的不锈钢高压反应釜中，通过水热法在200 ℃的高温下保温48 h才合成了平均棱长为4 μm的八面体Fe₃O₄；Jiao等人通过类似的方法合成的八面体Fe₃O₄的尺寸也比较大，范围为2.8 ~ 14.0 μm。

本发明所述的是一种新的八面体Fe₃O₄制备方法，即去合金化法。该方法具有工艺流程简单、耗时较短、获得的八面体Fe₃O₄尺寸较小且成品率较高等特点，克服了以往水热法的诸多缺点，有望替代水热法成为八面体Fe₃O₄的主要制备方法。

去合金化法，亦称选择性腐蚀法，是指在合金组元间的电极电位相差较大的情况下，合金中的电化学性质较活泼元素在电解质的作用下选择性地溶解进入电解液而留下电化学性质较稳定元素的腐蚀过程。组元既可以是单相固溶体合金中的一种元素，又可以是多相合金中的某一相。一直以来，去合金化法主要用于制备纳米多孔金属，而且其对象多为二元的单相固溶体合金，通过选择适当的腐蚀方法，将其中较为活泼的金属溶解，剩余的较为惰性的金属原子经团聚生长最终形成双连续的纳米多孔结构。例如Meyerheim和Schofield等将单相Cu-Pd合金在酸溶液中选择性溶解Cu而制备出纳米多孔Pd（Nanoporous Palladium, NPPd）。Hayes等利用Mn_0.7Cu_0.3两相合金作为原始合金，通过电化学腐蚀和化学腐蚀方法制得了孔径约几十nm，厚度300 μm的纳米多孔Cu（Nanoporous Copper, NPC）。但是，去合金化法也不单单局限在制备纳米多孔金属，也可以用于制备拥有特殊形貌特殊性能的金属氧化物。如Qi等将Al-Co、Al-Ti和Al-Mn合金先后置于室温下的NaOH溶液中进行去合金化处理，分别制得了纳米片状的Co₃O₄、三维双连续网状结构的TiO₂以及八面体结构的Mn₃O₄，其中如纳米结构的Co₃O₄在低温CO氧化方面有着很高的催化活性。这些结果表明，通过简单的化学腐蚀处理，就可以获得均匀的特殊微观形貌的金属功能氧化物材料。