絨球狀單分散氧化鐵微納米球的水熱合成

阿力塔，王 紅，李曉天

（1.內蒙古民族大學化學化工學院，內蒙古 通遼 028043；

2.四川理工學院材料與化學工程學院，四川 自貢 643000；

3.吉林大學材料科學與工程學院，吉林 長春 130012）

·研究簡報·

絨球狀單分散氧化鐵微納米球的水熱合成

阿力塔1，王 紅2，李曉天3

（1.內蒙古民族大學化學化工學院，內蒙古 通遼 028043；

2.四川理工學院材料與化學工程學院，四川 自貢 643000；

3.吉林大學材料科學與工程學院，吉林 長春 130012）

采用水熱法成功合成了絨球狀單分散氧化鐵微納米球.對合成溫度以及表面活性劑對產物物相純度及形貌的影響進行了研究，同時對其形成機理進行了討論.結果表明，該絨球狀氧化鐵微納米球是由赤鐵礦α-Fe2O3和四方纖鐵礦β-FeOOH組成的，且以β-FeOOH為主產物.

單分散；氧化鐵；微納米球；SDBS

氧化鐵的物理和化學性質不僅和它的化學組成有關，而且還與它的尺寸、形狀和分散性有關［1－5］.因此，合成具有不同形貌、尺寸和特性的氧化鐵微納米材料一直是人們研究的熱點.

實現對氧化鐵微納米材料形貌控制的手段很多，其中水熱反應是廣泛采用的經濟、方便的方法.文獻［6］用FeSO4加入癸酸 CH3（CH2）8COOH 或癸胺 CH3（CH2）9NH2，在473K 水熱合成了磁鐵礦Fe3O4和赤鐵礦α-Fe2O3納米粒子.沒有有機反應物時和加入CH3（CH2）8COOH時合成產物都是α-Fe2O3，而加入癸胺時合成的產物是Fe3O4納米粒子.有機反應物的加入影響納米粒子的形狀和尺寸.V.Sreeja等人用微波水熱方法合成γ-Fe2O3納米粒子［7］，粒徑是10nm，常溫具有超順磁性.微波水熱方法是先進行水熱合成反應，再將中間產物進行超聲波處理.D.Chen等人用二甲氧基乙醇鐵在甲氧基乙醇中回流4h［8］，以體積比為1.4～2.0的甲氧基乙醇和水的混合溶液為溶劑，在裝釜前一直用N2保護，通過混合溶劑熱合成了Fe3O4納米粒子.文獻［9］以TEAOH為結構導向劑，用水熱方法在80℃條件下水解Fe（NO3）3·9H2O形成FeOOH，然后300℃煅燒，合成了孔徑分布在2.1～4.0nm的多孔α－Fe2O3.

以上合成實驗有的步驟較為復雜，有的反應時間較長或不易調控.因此采用簡單、易操作和可調變的方法，合成不同形貌和尺寸的氧化鐵微納米材料是非常重要的.本文用水熱方法成功地合成了絨球狀單分散氧化鐵微納米粒子，對合成條件進行了研究，同時對其形成機理進行了討論.

1 實驗過程

稱取5.4g FeCl3·6H2O溶至20mL蒸餾水中攪拌均勻（溶液1），將草酸、少量SDBS和丙三醇加入10mL蒸餾水中攪拌均勻（溶液2）.把溶液2緩慢加入到溶液1中攪拌30min后移入反應釜中，密封后放入200℃烘箱中，在自生壓力條件下反應6h.待反應結束后，將反應釜取出，自然冷卻至室溫.所得的產物經去離子水和無水乙醇洗滌除去雜質，離心分離后放入80℃的烘箱中干燥8h，最后得到產物.

2 結果與討論

2.1 晶相分析

圖1是產物的XRD譜.樣品是赤鐵礦α-Fe2O3和四方纖鐵礦β-FeOOH的混相，而且四方纖鐵礦β-FeOOH比赤鐵礦α-Fe2O3的衍射峰強，表明β-FeOOH所占的比率比α-Fe2O3大.

圖1 合成樣品的XRD譜

2.2 形貌表征

圖2是所合成樣品的SEM圖.從圖2可以看出產物是微納米級的絨球狀顆粒，它的中心是球形的，在球上長著許多棒，棒的橫截面大小為200nm左右，棒長為3.5μm左右.

圖2 合成樣品在不同放大倍數下的SEM圖

2.3 水熱反應時間對產物的影響

不同水熱反應時間的SEM圖見圖3.由圖3可見，水熱反應時間為6h，產物為絨球狀的氧化鐵；當水熱反應12h時，產物是由球狀、棒狀等組成的.因此，水熱時間對絨球狀產物的形成很關鍵.

圖3 不同水熱反應時間的SEM圖

2.4 絨球狀氧化鐵的構成分析

由圖3可知，絨球狀氧化鐵是由赤鐵礦α-Fe2O3和四方纖鐵礦β-FeOOH組成的，且以β-FeOOH為主產物.一般而言，α-Fe2O3大多為球形或紡錘狀，β-FeOOH大多為針狀或紡錘狀.由絨球狀氧化鐵的XRD圖可以看出，針狀部分比中間的球狀多.由此可推斷絨球狀氧化鐵外部針狀部分是四方纖鐵礦β-FeOOH，而中心部分球狀部分是赤鐵礦

3 結論

利用水熱法成功地合成了絨球狀單分散氧化鐵微納米球.該絨球狀氧化鐵是由赤鐵礦α-Fe2O3和四方纖鐵礦β-FeOOH組成的，且以β-FeOOH為主產物.四方纖鐵礦β-FeOOH在外，赤鐵礦α-Fe2O3在內構成絨球狀氧化鐵微納米球.

［1］ FU XIAO QI，BEI FENG LI，WANG XIN，et al.Two-dimensional monolayers of single-crystallineα-Fe2O3nanospheres：preparation，characterization and SERS effect［J］.Materials Letters，2009，63：185-187.

［2］ SUN LING NA，CAO MIN HUA，HU CHANG WEN.Synthesis and magnetic properties of hollowα-Fe2O3nanospheres templated by carbon nanospheres［J］.Solid State Sciences，2010，12：2020-2023.

［3］ NORIHITO KIJIMA，MASASHI YOSHINAGA，JUNJI AWAKA ，et al.Microwave synthesis，characterization，and electrochemical properties ofα-Fe2O3nanoparticles［J］.Solid State Ionics，2011，192：293-297.

［4］ AHSANULHAQ QURASHI，ZHONG ZHONGHAI，MIR WAKAS ALAM.Synthesis and photocatalytic properties ofα－Fe2O3nanoellipsoids［J］.Solid State Sciences，2010，12：1516-1519.

［5］ 寧波，郭增彩，柯福波，等.納米金屬酞箐 MPc（M＝Fe，Co，Ni，Cu，Zn）合成與表征［J］.東北師大學報：自然科學版，2011，43（3）：80-83.

［6］ SEIICHI TAKAMI，TERUYUKI SATO，TAHEREH MOUSAVAND，et al.Hydrothermal synthesis of surface-modified iron oxide nanoparticles［J］.Materials Letters，2007，61：4769-4772.

［7］ SREEJA V，JOY P A.Microwave-hydrothermal synthesis ofγ-Fe2O3nanoparticles and their magnetic properties［J］.Materials Research Bulletin，2007，42：1570-1576.

［8］ CHEN D，XU R.Hydrothermal synthesis and characterization of nanocrystalline Fe3O4powders［J］.Materials Research Bulletin，1998，33：1015-1021.

［9］ ZHONG Z，HO J，TEO J，et al.Synthesis of porousα-Fe2O3Nanorods and deposition of very small gold particles in the pores for catalytic pxidation of CO［J］.Chem Mater，2007，19：4776-4782.

［10］ 王紅.水熱條件下氧化鐵納米材料控制合成的研究［D］.長春：吉林大學圖書館，2008：1-60.

The synthesis of monodispersedα-Fe2O3nanoparticles via a hydrothermal process

Alita1，WANG Hong2，LI Xiao-tian3

（1.College of Chemistry and Chemical Engineering，Inner Mongolia University for the Nationalities，Tongliao 028043，China；
2.College of Materials and Chemical Engineering，Sichuan University of Science and Engineering，Zigong 643000，China；
3.School of Material Science and Engineering，Jilin University，Changchun 130012，China）

Monodispersedα-Fe2O3micro-and nano-particles modified by surfactant with good-crystalline properties have been successfully synthesized via a hydrothermal process.The as-prepared products were characterized by XRD and SEM.The effect on reaction time，reaction temperature，pH and starting mixtures to the morphologies of hematite in the hydrothermal conditions have been studied.Keywords：monodispersed；α-Fe2O3；nanoparticles；SDBS

O 621.3

150·15

A

1000-1832（2012）01-0155-03

2011-09-28

吉林省科技發展計劃項目（20040505）.

阿力塔（1958—），男，副教授，主要從事功能材料制備與應用研究；通訊作者：王紅（1964—），女，副教授，主要從事納米功能材料研究.

石紹慶）