氧化鐵超細顆粒的制備及其表征

陳嘉敏，蔡育妮，彭雨辰，陳澤鴻，徐焱焱，龔曉鐘

（深圳大學 化學與化工學院 深圳市功能高分子重點實驗室，廣東 深圳 518060）

工程師園地

氧化鐵超細顆粒的制備及其表征

陳嘉敏，蔡育妮，彭雨辰，陳澤鴻，徐焱焱，龔曉鐘

（深圳大學 化學與化工學院 深圳市功能高分子重點實驗室，廣東 深圳 518060）

以Fe（NO3）·39H2O為原料，用水熱法制備氧化鐵超細粉體,并采用X-射線衍射（XRD）以及掃描電子顯微鏡（SEM）對制得的粒子進行表征。結果表明，實驗中運用水熱法制備得到的氧化鐵超細顆粒晶型為斜方六面體系，顆粒為球狀，直徑在120~150nm之間，能夠達到程度較高的分散效果。

水熱法；氧化鐵；X-射線衍射；掃描電鏡

Abstract:The nano-powder of ferric oxide have been prepared via hydrothermalmethod by using ferric nitrate honahydrate as rawmaterialand then are investigated by the X-ray diffraction (XRD),scanning electronmicroscopy(SEM).It is found that the of ferric oxide prepared via hydrothermalmethod are rhombohedral,shaped spherality,and 120~150nm in its diameter,which are highly dispersed.

Key words:hydro-thermalmethod;ferric oxide;X-ray diffraction;scanning electronmicroscope

二十一世紀，縱觀新材料、信息、能源等技術領域，納米材料都發揮著舉足輕重的作用[1]。隨著納米材料在各個領域上的應用逐步拓寬，其研究制備也開始趨于成熟。然而，世界范圍內的能源和環境問題日益加劇，納米材料的開發和利用仍然是當今的技術研究熱點之一。氧化鐵納米材料成本低廉,相比其它納米材料，它在制備過程中對環境污染較小,抗腐蝕性和穩定性強,在食品、醫藥[2]、催化劑[3]、顏料[4]、磁性原料[5]、半導體[6]、氣體傳感器[7,8]以及在環境保護過程中的氣體脫硫、廢水處理[9]等領域具有廣泛應用。由此可見，關注其納米結構的合成、表征和性能研究具有極其重要的意義。

本文主要在前人研究的基礎上，利用水熱法制備出Fe2O3超細顆粒，用XRD、SEM等對合成的產物進行表征分析，并對相關的合成機理進行了探討。

1 實驗部分

1.1 原材料及儀器

Fe（NO3）3·9H2O；SnCl4；NaOH；無水乙醇；正己烷；油酸。

高壓反應釜；電熱鼓風干燥箱；紅外燈；電子爐；離心機；D8ADVANCE型X-射線衍射儀；S-3400N（Ⅱ）型掃描電子顯微鏡。

1.2 實驗原理

水熱法是指在密封的體系中,以水為溶劑,在一定的溫度下在水的自生壓強下，反應混合物進行反應的一種方法，所用的設備通常為不銹鋼反應釜。利用水熱法可以直接合成納米氧化物、硫化物，并且能夠降低或避免硬團聚的形成[10]。

水熱法是制備超細粉體的濕化學方法之一，與其他粉體制備方法相比較，具有如下特點：粉體晶粒發育完整，粒徑很小但分布均勻；團聚程度較輕；易得到合適的化學計量比和晶粒形態；可以使用較便宜的原料；省去了高溫煅燒和球磨，避免了雜質引入和結構缺陷；粉體在燒結過程中表現出很高的活性等[11]。

本實驗利用普通水熱法[12]制備氧化鐵納米粒子的反應原理如下：首先由反應一Fe（OH）3+e-=Fe（OH）2+OH-的 電 極 電 勢 為 -0.56V， 反 應 二Sn4++2e-=Sn2+的電極電勢為0.15V，可知制備過程中利用SnCl4來防止Fe3+被還原是行之有效的；進入反應階段，三價Fe3+首先進行水解反應：Fe3++3H2O=Fe（OH）3+3H+，在堿性條件下加熱析出沉淀 Fe（OH）3，以Fe（OH）3水溶液作為前驅物，放入以聚四氟乙烯為襯底的高壓反應釜中，在低于300℃下進行適當的水熱處理，最終形成穩定結晶相，即：2Fe（OH）3=Fe2O3+3H2O

1.3 實驗過程

先稱取一定量的 Fe（NO3）3·9H2O固體置于洗凈干燥的燒杯中，用少量蒸餾水將其完全溶解，定量轉移容量瓶中，加入蒸餾水定容，配置成濃度為0.624mol·dm-3的鐵鹽溶液待用；同理配制0.5mol·dm-3SnCl4溶液、10（wt）%以及 5（wt）%的 NaOH 溶液待用；用移液管移取300mL已配制好的鐵鹽溶液于一個洗凈的大燒杯中，加入10mL已經配置好的SnCl4溶液，用10（wt）%的NaOH溶液調節鐵鹽溶液的pH值至7.5～8.0之間，并加熱至60～70℃，抽濾，用約400mL水分步洗滌；最后將濾餅重新分散在400mL蒸餾水中，用5（wt）%的NaOH溶液調節其pH值為11.0～11.5；轉移至高壓反應釜中，于一定溫度下反應2h，冷卻后出釜；離心，將上層清液倒出；蒸餾水洗滌，用膠頭滴管反復吹打（使其均勻分散，達到洗滌效果），離心；無水乙醇洗滌，按以上方法進行洗滌2次；于80℃干燥6h；分散于正己烷中，加入1～2D油酸，保存。

2 產物的表征與結果

2.1 晶型

2.1.1 檢測方法 用D8ADVANCE型X-射線衍射儀在銅靶、管壓為40kV，管流為30mA，掃描區間在20°～80°之間，掃描速度6°·s-1的條件下對Fe2O3粉體進行物相分析。

圖1 氧化鐵的XRD圖Fig.1 XRD of ferric oxide

2.1.2 檢測結果 氧化鐵X-射線衍射圖譜

2.1.3 結果討論 制備后的氧化鐵經過XRD檢測后所得衍射圖用JADE 5.0軟件進行分析，通過與PDF-#卡號為33-0664的標準卡片對比后，發現2θ在 33.152，35.611，49.479，54.089，63.989°，對應于[104]，[110]，[024]，[116]，[300]衍射面處分別有強度不同的衍射峰，因此，可以判定實驗所得氧化鐵的晶型為斜方六面體系。

2.2 粒徑

2.2.1 檢測方法 將氧化鐵粉末分散到正己烷溶液中，進行超聲振蕩，放置在鋁片上待溶劑揮發后，噴金，用掃描電子顯微鏡觀測粒子的形態和大小，放大倍數為20K。

圖2 氧化鐵的SEM圖Fig.2 SEM of ferric oxide

2.2.2 檢測結果 氧化鐵SEM圖像見圖2。

2.2.3 結果討論 用掃描電子顯微鏡（SEM）對氧化鐵的粒徑進行觀察，所得結果圖像清晰度高。所制得的氧化鐵顆粒為球狀，直徑在100～150nm之間，分散程度較高。

3 結論

本實驗以 Fe（NO3）3·9H2O 為原料，用水熱法制備氧化鐵超細顆粒。采用X-射線衍射（XRD）、掃描電鏡（SEM）對制得的粉體進行表征。結果表明，試驗中制備得到的氧化鐵超細顆粒晶型為斜方六面體系，顆粒為球狀，直徑在120～150nm之間，分散程度較高。為了得到粒徑更小，分散程度更高的氧化鐵納米顆粒，我們將會在此基礎之上研究氧化鐵制備過程中不同的制備條件對制得粉體產生的影響，摸索出制備氧化鐵納米粒子的最佳工藝條件的同時，對其氣敏性進行研究，我們還需要做更多的實驗工作。

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Preparation and characterization for ferric oxide ultra-fine grain

CHEN Jia-min，CAIYu-ni，PENG Yu-chen，CHEN Ze-hong，XU Yan-yan，GONG Xiao-zhong（Key laboratory of functional polymer,College of Chemistry&Chemical Engineering,

Shenzhen University,Shenzhen 518060,China）

TQ138.1

A

1002-1124（2011）02-0071-03

2010-12-14

陳嘉敏（1990-），女，深圳大學化學與化工學院學生。

導師簡介：龔曉鐘（1960-），女，教授，主要從事物理化學教學及納米材料、稀土金屬材料的研究，發表論文40余篇。