[发明专利]一种水相中制备中空棒状纳米Fe3

说明书

本发明公开了一种水相中制备中空棒状纳米Fesubgt;3/subgt;Osubgt;4/subgt;的方法，按以下过程进行：准备纳米棒状核壳结构的FeOOH@SiOsubgt;2/subgt;复合物，将所述FeOOH@SiOsubgt;2/subgt;复合物均匀分散于水合联胺的水溶液中，进行水热还原反应以除去SiOsubgt;2/subgt;壳层同时还原FeOOH得到Fesubgt;3/subgt;Osubgt;4/subgt;中空纳米棒。本发明的有益效果：本发明制备Fesubgt;3/subgt;Osubgt;4/subgt;的方法步骤简单，工艺条件相对温和，制得的Fesubgt;3/subgt;Osubgt;4/subgt;中空纳米棒形貌均匀、结构完整性好，饱和磁化强度高达82.0emu·gsupgt;‑1/supgt;，高于现有技术报道的采用其他方法制备的同类产物，具有大规模、批量化生产前景。

技术领域

本发明属于磁性纳米材料技术领域，具体涉及一种水相中制备中空棒状纳米Fe₃O₄的方法。

背景技术

Fe₃O₄是一种被广泛研究的功能材料，纳米Fe₃O₄粒子不仅具有磁性，且比表面积大、生物相容性好，因而在催化、环境污染物处理以及生物医药领域具有重要应用价值。特别是具有中空结构的Fe₃O₄颗粒，由于其内部具有较大空腔，在显影、载药、蛋白质检测、污染物吸附处理等领域有很大的应用价值。相比常见的球形颗粒，具有棒状结构的Fe₃O₄在磁场中能够产生较大的力矩以及更大的比表面积，因此更有应用前景。

制备中空结构纳米棒状Fe₃O₄具有相当大的难度，尤其是大范围合成尤其困难。目前最简单的方法是在还原气体下低温热处理，将棒状FeOOH直接还原为棒状Fe₃O₄，但是由于热处理过程中，FeOOH脱水生成Fe₃O₄，所以无法得到完整的Fe₃O₄纳米棒，而且极易团聚、破碎。Piao等(Piao Y,Kim J,HYON BIN N A,et al.Wrap-bake-peel process fornanostructural transformation from beta-FeOOH nanorods to biocompatible ironoxide nanocapsules.Nature Materials,2008.)在FeOOH上包裹十数纳米的SiO₂，经还原热处理和碱溶液清洗的方法得到Fe₃O₄中空纳米棒，但由于还原生成的Fe₃O₄与SiO₂结合紧密，一旦清洗SiO₂将导致Fe₃O₄破裂，实际操作中SiO₂极难清除干净，导致饱和磁化强度不高。Mohapatra等(Mohapatra J,Mitra A,Tyagi H,et al.Iron oxide nanorods as high-performance magnetic resonance imaging contrast agents.Nanoscale，2015.)使用油胺在200℃以上的高温下还原FeOOH纳米棒，同非极性有机溶媒正己烷和丙酮去除部分油胺后加入亲水性表面活性剂，例如PEI，进行亲水性的表面改性，得到棒状Fe₃O₄，但是亲油性的油胺一旦吸附在Fe₃O₄上极难去除，即便经过清洗和亲水性表面改性，仍残余大量的有机物，另外油胺的还原温度需要精细控制，一旦温度过高还原速度过快将导致Fe₃O₄破碎，而还原温度过低FeOOH还原程度不足导致饱和磁化强度低，实验测得的最高饱和磁化强度为60emug^-1。Xu等(Xu W,Wang M,Li Z,et al.Chemical Transformation of ColloidalNanostructures with Morphological Preservation by Surface-Protection withCapping Ligands.Nano Letters,2017.)先在棒状FeOOH表面包覆PCC、PVP等软模版，再在弱还原剂二乙二醇溶液中将FeOOH还原为棒状中空Fe₃O₄，但是该方法只能在弱还原剂氛围下得到Fe₃O₄，其饱和磁化强度最高为40emu·g^-1，而且制得的Fe₃O₄纳米棒很难从二乙二醇中分离。