[发明专利]液体阴极辉光放电等离子体制备纳米四氧化三铁的方法

说明书

本发明提供了一种液体阴极辉光放电等离子体制备纳米四氧化三铁的方法，以针状铂丝为阳极，毛细管穿入石墨碳棒且其顶端溢出的硝酸铁溶液为阴极。当两电极间施加足够高电压，溢出溶液产生辉光，形成稳定的等离子体。放电过程中，溢出的溶液被高能电子激发产生瞬间高温、局部高压，伴随发光、发热现象，并产生高活性粒子，放电后，超声分散浊液，蒸馏水洗涤并用磁铁分离提纯数次，真空干燥至恒重，研磨，得到纳米Fe₃O₄颗粒。该制备方法工艺简单、操作方便、反应条件温和、过程可控，产物杂质少、纯度高、结晶度好、颗粒均匀，所用化学试剂种类少、用量低、成本低、无污染，是一种纳米Fe₃O₄环境友好型制备新技术。

技术领域

本发明属于纳米材料制备技术领域，涉及一种利用液体阴极辉光放电等离子体技术制备磁性四氧化三铁（Fe₃O₄）纳米颗粒的方法。

背景技术

近几年以来，磁性纳米材料因其特殊的小尺寸效应、表面效应和量子尺寸效应等，拥有普通材料所不具备的特殊磁学性质而备受关注。而磁性材料中应用最广泛的是纳米Fe₃O₄颗粒，它属于立方晶系，是应用最为广泛的软磁性材料之一；它的毒性小、生物相容性好、比表面积大且易于修饰，所以在磁性液体、磁记录材料、催化剂的制备、生物医学以及微波吸收材料等方面具有广泛的应用。

纳米Fe₃O₄的制备方法一般有共沉淀法、微乳液法、溶胶-凝胶法、水热法和水解法等。黄菁菁等(湖北大学学报(自然科学版), 2007, 29(1): 50-52)以FeSO₄·7H₂O和FeCl₃·6H₂O两种铁盐溶液为原料，以NH₃·H₂O作为沉淀剂在氮气条件下反应，最终得到纳米Fe₃O₄颗粒。Chuka等(Langmuir, 2012, 28(22): 8479-8458)利用油包水和水包油两种类型的微乳液制备出了粒径2～10nm且具有超顺磁性的纳米Fe₃O₄粒子。Xu等(J Magn Mater,2007, 309(2): 307-311)在真空退火的条件下使用溶胶-凝胶法制备了粒径较小且均匀、分散性相对较好的磁性Fe₃O₄纳米粒子。汪永丽等(山东化工, 2016, 22(9): 48-51)用水热法制得的纯度较高的磁性Fe₃O₄纳米粒子，其产物晶形完整且尺寸可控。郑举功等(磁性材料及器件, 2008, 39(6):36-39)利用水解法，把FeCl₂·4H₂O和FeCl₃·4H₂O按一定物质的量比配制混合溶液，加浓NaOH溶液，制备了粒径大约为50nm的纳米Fe₃O₄颗粒。上述方法所制备的产物纯度较高、晶形完整、尺寸可控，但设备要求高，所用试剂昂贵且易造成二次污染，反应温度较高且反应体系需用惰性气体保护，导致成本较高。

液体阴极辉光放电是一种新型的在水溶液中产生非平衡低温等离子体的方法，其采用尖端放电的原理，以铂丝针尖为阳极，毛细管溢出溶液为阴极，当两电极间施加足够高的电压时，针尖周围的H₂O在高能电子轰击下被激发和电离产生HO·,O·,H·,H₂O₂等高活性粒子，这些活性粒子可引发溶液中的许多化学反应。目前，这一技术在金属元素检测方面报道较多(Yu J, et al. SpectrochimicaActa Part B, 2018, 145: 64-70; Yang C, etal. Talanta, 2016, 155: 314-320; 张真, 等. 分析化学, 2013, 41(10):1606-1613)。然而，在纳米材料制备方面国内外报道较少。

发明内容