[发明专利]一种具有铁缺陷的铁磁性纳米α‑Fe2O3及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于催化剂技术领域，具体涉及一种具有铁缺陷的铁磁性纳米α-Fe₂O₃及其制备方法。

背景技术

缺陷对于金属氧化物在物理和化学方面的应用有着十分重要的作用。目前金属氧化物中缺陷的引入技术主要包括掺杂、溅射、焙烧等。对于制备有缺陷的金属氧化物α-Fe₂O₃，目前被广泛报道的主要是对其氧缺陷的引入和调控，金属缺陷因其制备困难，尚未被报道。

Chen等人将Fe片暴露在氧等离子体中氧化形成含有氧缺陷的α-Fe₂O₃。通过表征和计算得出α-Fe₂O₃中有两种氧缺陷，并且两种缺陷生长方向平行。这种缺陷的形成是由于在生成的α-Fe₂O₃的过程中其与Fe基质之间结合松弛造成的。 (Chen Z.,et al.Chem.Mater.,2008,20(9):3224-3228.)

Schrebler等人利用电沉积法在FTO玻璃上通过电压循环法镀上厚度约为1 微米的含有氧缺陷的α-Fe₂O₃。在pH＝13的0.1M NaOH+0.05M KI混合物电解液中观察其光电化学性质，发现制备出的α-Fe₂O₃具有n型半导体性质，平带电位为-1.08V vs.SMSE电极。(Schrebler R.,et al.Electrochem.solid-state lett.,2006, 9(7):C110-C113.)

Forster等人先在较低的pH(pH＝1.5)值下在FTO玻璃基底上降解FeCl₃ (0.15M)，经过95℃高温反应4h形成β-FeOOH前躯体。将此前躯体在氧气不足的条件(氮气+空气)550℃焙烧2h最终形成带有氧缺陷的α-Fe₂O₃。将其应用于光电催化产氧气时的过电势比无缺陷α-Fe₂O₃降低了0.2V。(Forster M.,et al. Chem.Sci.,2015,6(7):4009-4016.)

以上报道的研究内容均为氧缺陷α-Fe₂O₃的合成，且未发现其明显的铁磁性表现。目前的技术条件在α-Fe₂O₃中引入氧缺陷较为容易，但是引入金属缺陷很困难，尚无文献或专利报道。

发明内容

本发明旨在提供一种具有大量铁缺陷的铁磁性纳米α-Fe₂O₃、及其制备方法。

本发明第一方面提供一种具有铁缺陷的铁磁性纳米α-Fe₂O₃，Fe原子与O原子的摩尔比小于1:1.5。

优选地，Fe原子与O原子的摩尔比为1:1.58。

本发明第二方面提供所述的具有铁缺陷的铁磁性纳米α-Fe₂O₃的制备方法，包括以下步骤：

(1)将铁盐和甘油，加入到无水乙醇中，搅拌均匀，其中铁盐与甘油的质量比为1:8～1:20；

(2)将步骤(1)得到的混合物在密闭容器中在100～200℃和自生压力下反应0.5～24h；

(3)将步骤(2)得到的反应结束后的物质冷却至室温；

(4)将步骤(3)冷却至室温的沉淀用无水乙醇进行洗涤，然后固液分离，将得到的固体在60～100℃下干燥至少12h，得到粉末物质；

(5)将步骤(4)得到的粉末物质在300～800℃下焙烧2～12h，得到所述的具有铁缺陷的铁磁性纳米α-Fe₂O₃。

优选地，所述铁盐为乙酸铁、草酸铁、柠檬酸铁、氯化铁、硝酸铁或硫酸铁的一种。

优选地，所述具有铁缺陷的铁磁性纳米α-Fe₂O₃的饱和磁化强度为10～25 emu/g，矫顽力为1000～2500Oe。

本发明的有益效果：