[发明专利]一种氧化铁介晶纳米粒子及其合成方法和应用方法

说明书

技术领域

本发明涉及纳米结构材料领域，具体地讲，是涉及一种氧化铁介晶纳米粒子及其合成方法和应用方法。

背景技术

功能性半导体微纳结构材料的尺寸和形貌对其性能有着至关重要的影响。大量的研究表明，通过调控半导体纳米结构材料的尺寸、结构和形貌，可以改善材料的相关性能，如光、电、磁、催化、储能等。赤铁矿氧化铁是一种n型半导体，是室温下最稳定的铁的氧化物，且具有储量丰富、价格低廉、环境友好、化学稳定等优点，在气体传感、太阳能光催化分解水、光催化降解污染物、废水处理、锂离子电池及超级电容器等环境和能源领域有着广阔的应用空间。尽管文献中已有较多的行之有效的合成赤铁矿纳米结构的体系，但其制备一般需要有机添加剂，反应温度较高，体系相对复杂，因此很有必要开发更为简单温和的反应体系以制备高性能的赤铁矿纳米结构。

介晶是具有相同晶体取向的粒子形成的有序聚集体，自2005年首次提出后便迅速引起众多关注。介晶纳米结构兼具了多晶纳米结构的高孔隙率和高表面积以及单晶结构良好的电荷传输性质等优点，因而在催化、传感、光电子学以及能源存储和转化等领域表现出优异的性能。截止目前，一系列具有不同形貌的无机介晶已经被合成出来，并在上述领域中显示出潜在的应用前景。关于赤铁矿氧化铁介晶结构的合成，文献中已有一些报道，但大都需要辅助添加剂，颗粒较大，比表面积偏低，且体系难以放大进行批量合成，为氧化铁介晶纳米结构的实际应用带来了较大的障碍。因此，有必要发展更简单、条件更温和、成本更低、放大效应小、易于批量生产的方法合成小尺寸高比表面积的氧化铁介晶纳米粒子。

发明内容

为克服现有技术中的上述问题，本发明提供一种成本低、无需添加剂、易于放大批量合成的氧化铁介晶纳米粒子及其合成方法和应用方法。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种氧化铁介晶纳米粒子，由2nm~6nm氧化铁纳米粒子晶体取向排列组成20nm~80nm大小的氧化铁介晶纳米粒子；该氧化铁介晶纳米粒子的比表面积达到56 m²/g。

所述氧化铁介晶纳米粒子的应用方法为：将该氧化铁介晶纳米粒子用于可见光催化降解有机污染物。

所述氧化铁介晶纳米粒子的另一种应用方法为：将该氧化铁介晶纳米粒子用于重金属离子吸附去除。

所述氧化铁介晶纳米粒子的第三种应用方法为：将该氧化铁介晶纳米粒子用于赝电容器。

上述氧化铁介晶纳米粒子的合成方法，包括如下步骤：

步骤一：将硝酸铁充分溶解在水中，然后加入乙醇，混合均匀得到硝酸铁混合溶剂溶液；

步骤二：将步骤一中的混合溶剂溶液放入水热反应釜中封闭，并置于130℃ ~150℃ 的环境中反应8小时~48小时；

步骤三：将步骤二得到的产物完全冷却后，放入水中离心洗涤三遍，之后放入乙醇中离心洗涤三遍；

步骤四：将步骤三中的产物在60℃真空干燥箱中干燥，得到氧化铁介晶纳米粒子。

上述硝酸铁混合溶剂浓度为10-100mM；优选地，所述硝酸铁混合溶剂溶液中水与乙醇的体积比为4：0.5~2；所述水热反应釜的体积为20mL~1L。

优选地，所述硝酸铁混合溶剂浓度为50mM；

优选地，所述硝酸铁混合溶剂中水与乙醇的体积比为4：1；

优选地，所述水热反应釜的体积为50mL。

优选地，所述步骤二中环境温度为140℃ ，反应时间为24小时。该环境温度可由烘箱提供。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

（1）本发明采用简单且价格低廉的水和乙醇混合溶液体系，通过硝酸铁在水热反应釜中较低温度水解反应即可得到高纯度高产率的氧化铁介晶纳米粒子。经称量恒算，该合成方法的产率达到了80%以上。

（2）本发明所使用的反应体系放大效应影响很小，1L水热反应釜中能够得到相同的氧化铁介晶纳米粒子，易于批量生产。

（3）本发明得到的产物具有很好的光催化降解污染物、吸附重金属离子以及赝电容性能。预期在诸如光催化降解污染物、重金属粒子吸附、光催化分解水制氢、赝电容器、锂离子电池等领域实现商业应用。因此，本发明具有很高的实用价值和推广价值。

附图说明

图1为本发明合成得到的氧化铁介晶纳米粒子的XRD谱图。

图2为本发明合成得到的氧化铁介晶纳米粒子的扫描电子显微镜照片。

图3为本发明合成得到的氧化铁介晶纳米粒子的透射电子显微镜照片。