化學(xué)共沉淀法制備納米四氧化三鐵粒子_圖文

1、第29卷第1期2007年3月湖北大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版Journal of Hubei University (Natural Science Vol.29No.1Mar.,2007收稿日期:20060622作者簡介:黃菁菁(1981,女,碩士生文章編號:10002375(200701005003化學(xué)共沉淀法制備納米四氧化三鐵粒子黃菁菁,徐祖順,易昌鳳(湖北大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,湖北武漢430062摘要:用化學(xué)共沉淀法制備納米四氧化三鐵粒子,應(yīng)用X 射線衍射,透射電子顯微鏡對磁性粒子的結(jié)構(gòu)、粒徑、形貌進(jìn)行了表征,并討論鐵鹽溶液濃度、沉淀劑濃度及超聲波對粒子粒徑的影響.關(guān)鍵詞:化學(xué)共沉淀法;四氧

2、化三鐵;超聲波中圖分類號:TM227,O611.4文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A隨著納米技術(shù)的發(fā)展,有關(guān)磁性納米粒子的制備方法及性質(zhì)受到極大的重視.四氧化三鐵納米粒子在作為磁記錄材料、磁流體的基本材料、特殊催化劑原料、功能材料和磁性顏料等方面顯示出許多特殊的功能15.目前,制備納米四氧化三鐵的方法有很多,如水熱反應(yīng)法6,中和沉淀法7,化學(xué)共沉淀法8,沉淀氧化法9,r -ray 輻照法10,微波輻射法11等,其中以共沉淀法最為簡便.本實驗采用化學(xué)共沉淀法制備納米Fe 3O 4粒子,并討論了鐵鹽濃度、沉淀劑濃度以及超聲波對微粒粒徑的影響.1實驗部分1.1試劑及儀器FeCl 36H 2O (AR ;FeSO 47H

3、 2O (AR ;N H 3H 2O (AR ;S K2200H 型超聲波發(fā)生器,頻率20k Hz ,功率90W ;D/MAX 2C 型X 射線掃描儀(XRD ;TEX 2100SX 型透射電子顯微鏡(TEM .1.2實驗原理將二價鐵鹽(FeSO 47H 2O 和三價鐵鹽(FeCl 36H 2O 按一定比例混合,加入沉淀劑(N H 3H 2O ,攪拌,反應(yīng)一段時間即得到納米Fe 3O 4粒子,反應(yīng)式為:Fe 2+2Fe 3+8N H 3H 2O =Fe 3O 4+8N H +4+4H 2O由反應(yīng)式可看出,反應(yīng)的理論摩爾比為Fe 2+Fe 3+=12,但由于二價鐵離子容易氧化成三價鐵離子,所以實

4、際反應(yīng)中二價鐵離子應(yīng)適當(dāng)過量.1.3四氧化三鐵的制備將一定量的二價鐵鹽(FeSO 47H 2O 和三價鐵鹽(FeCl 36H 2O 混合溶液加入到三口燒瓶中,滴液漏斗中加入一定濃度的沉淀劑N H 3H 2O ,在氮?dú)夥障聦彼芤杭拥椒磻?yīng)體系中,使體系的p H 10,劇烈攪拌,水浴恒溫.攪拌30min 后結(jié)束反應(yīng),用蒸餾水反復(fù)洗滌直至中性,傾去上層清液,在60下真空干燥后,研磨即得納米Fe 3O 4粒子.2納米Fe 3O 4粒子的表征2.1XR D 分析圖1為納米Fe 3O 4粒子的衍射圖,圖中的衍射峰出現(xiàn)在2=30°,35°,42°,62.5°處,分別

5、對應(yīng)立方相Fe 3O 4的(220,(311,(400,(440晶面.由Scherrer 公式:D =/co s .式中為射線波長,為峰形因子,D 為晶體的平均粒徑,為衍射角,為校正后的半峰寬.值取決于幾個因素,其值一般取0.89.取2為35°時的半峰寬算出納米Fe 3O 4粒子的平均粒徑為8.8nm.2.2TEM 分析圖2為納米Fe 3O 4粒子的透射電鏡圖片.圖中磁性Fe 3O 4粒子大小較均一,形狀為球形,粒子粒徑為1020nm.TEM 得到粒子的平均粒徑比XRD 的大,這是由于Scherrer 公式算出的第1期黃菁菁等:化學(xué)共沉淀法制備納米四氧化三鐵粒子51粒徑為Fe3O4晶

6、體的平均粒徑,而TEM看到的粒子可能是多個Fe3O4晶體的團(tuán)聚體. 圖1FeO4納米粒子的XRD的照片圖2Fe3O4納米粒子的TEM譜圖 3結(jié)果與討論3.1Fe2+、Fe3+溶液濃度對產(chǎn)物粒徑的影響在反應(yīng)體系溫度為40,二價鐵鹽和三價鐵鹽的物質(zhì)的量比為11,C Fe2+=C Fe3+,N H3H2O濃度為1mol/L,攪拌速度恒定的條件下,考察了鐵鹽溶液濃度對Fe3O4粒子粒徑的影響,結(jié)果如表1所示.表1Fe2+和Fe3+濃度對F e3O4平均粒徑的影響試樣鐵鹽濃度/(molL-1平均粒徑/nm產(chǎn)物顏色a0.2522.1黑b0.1515.5黑c0.1258.8黑褐由表1可知,當(dāng)鐵鹽濃度很小時,

7、產(chǎn)物顏色呈現(xiàn)出黑褐色,其原因為Fe2+離子在低濃度時更易被氧化成Fe3+離子,從而使實際參加反應(yīng)離子的比例發(fā)生變化,而生成其他的雜質(zhì)8.在鐵鹽濃度很低時,晶核成長速率較小及成長過程較短,所以產(chǎn)物粒徑降低.隨著鐵鹽濃度增加,晶核粒徑逐漸增大,生成粒子粒徑也逐漸增大.3.2氨水濃度對產(chǎn)物粒徑的影響在反應(yīng)體系溫度為40,二價鐵鹽和三價鐵鹽的物質(zhì)的量比為11,鐵鹽溶液濃度為0.25mol/L(C Fe2+=C Fe3+,攪拌速度恒定的條件下,考察了氨水濃度對Fe3O4粒子粒徑的影響,結(jié)果如表2所示.表2NH3H2O濃度對Fe3O4平均粒徑的影響試樣氨水濃度/(molL-1平均粒徑/nm產(chǎn)物顏色a 1.

8、523.8黑b 1.022.0黑c0.515.5黑由表2可知,當(dāng)氨水濃度增大時,粒子平均粒徑增大.如果氨水濃度增加,就有許多未反應(yīng)的N H3H2O附著在粒子表面,從而使產(chǎn)物粒徑增大.3.3超聲波對產(chǎn)物粒徑的影響在反應(yīng)體系溫度為40,二價鐵鹽和三價鐵鹽的物質(zhì)的量比為11,C Fe2+=C Fe3+,攪拌速度恒定的條件下,開啟超聲波發(fā)生器,考察超聲波對Fe3O4粒子粒徑的影響,結(jié)果如表3所示.湖北大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版第28卷52表3超聲波對Fe3O4平均粒徑的影響試樣鐵鹽濃度/(molL-1氨水濃度/(molL-1平均粒徑/nm產(chǎn)物顏色a0.25 1.523.8黑a30.25 1.517.2黑b0

9、.25 1.022.1黑b30.25 1.09.4黑3為反應(yīng)時引入超聲波由表3可知,當(dāng)反應(yīng)物條件相同的情況下,超聲波的引入使制得的Fe3O4粒子粒徑減小.這可能是(1超聲波使體系湍動狀態(tài)加劇,晶核成長受到一定阻礙,所以產(chǎn)物粒徑有所降低;(2超聲波的分散作用使成形的Fe3O4粒子難以發(fā)生團(tuán)聚,這樣使產(chǎn)物的最終粒徑減小.4結(jié)論采用化學(xué)共沉淀法制備納米Fe3O4粒子,其粒徑大小隨鐵鹽溶液濃度和氨水濃度的增加而增大.在攪拌的同時引入超聲波,可使產(chǎn)物粒徑減小.改變實驗條件,可制得平均粒徑在10nm以下的納米Fe3O4粒子.參考文獻(xiàn):1Yamguchi K,Matsumoto K,Fiji T.Magne

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