绒球状单分散氧化铁微纳米球的水热合成

阿力塔，王 红，李晓天

（1.内蒙古民族大学化学化工学院，内蒙古 通辽 028043；

2.四川理工学院材料与化学工程学院，四川 自贡 643000；

3.吉林大学材料科学与工程学院，吉林 长春 130012）

·研究简报·

绒球状单分散氧化铁微纳米球的水热合成

阿力塔1，王 红2，李晓天3

（1.内蒙古民族大学化学化工学院，内蒙古 通辽 028043；

2.四川理工学院材料与化学工程学院，四川 自贡 643000；

3.吉林大学材料科学与工程学院，吉林 长春 130012）

采用水热法成功合成了绒球状单分散氧化铁微纳米球.对合成温度以及表面活性剂对产物物相纯度及形貌的影响进行了研究，同时对其形成机理进行了讨论.结果表明，该绒球状氧化铁微纳米球是由赤铁矿α-Fe2O3和四方纤铁矿β-FeOOH组成的，且以β-FeOOH为主产物.

单分散；氧化铁；微纳米球；SDBS

氧化铁的物理和化学性质不仅和它的化学组成有关，而且还与它的尺寸、形状和分散性有关［1－5］.因此，合成具有不同形貌、尺寸和特性的氧化铁微纳米材料一直是人们研究的热点.

实现对氧化铁微纳米材料形貌控制的手段很多，其中水热反应是广泛采用的经济、方便的方法.文献［6］用FeSO4加入癸酸 CH3（CH2）8COOH 或癸胺 CH3（CH2）9NH2，在473K 水热合成了磁铁矿Fe3O4和赤铁矿α-Fe2O3纳米粒子.没有有机反应物时和加入CH3（CH2）8COOH时合成产物都是α-Fe2O3，而加入癸胺时合成的产物是Fe3O4纳米粒子.有机反应物的加入影响纳米粒子的形状和尺寸.V.Sreeja等人用微波水热方法合成γ-Fe2O3纳米粒子［7］，粒径是10nm，常温具有超顺磁性.微波水热方法是先进行水热合成反应，再将中间产物进行超声波处理.D.Chen等人用二甲氧基乙醇铁在甲氧基乙醇中回流4h［8］，以体积比为1.4～2.0的甲氧基乙醇和水的混合溶液为溶剂，在装釜前一直用N2保护，通过混合溶剂热合成了Fe3O4纳米粒子.文献［9］以TEAOH为结构导向剂，用水热方法在80℃条件下水解Fe（NO3）3·9H2O形成FeOOH，然后300℃煅烧，合成了孔径分布在2.1～4.0nm的多孔α－Fe2O3.

以上合成实验有的步骤较为复杂，有的反应时间较长或不易调控.因此采用简单、易操作和可调变的方法，合成不同形貌和尺寸的氧化铁微纳米材料是非常重要的.本文用水热方法成功地合成了绒球状单分散氧化铁微纳米粒子，对合成条件进行了研究，同时对其形成机理进行了讨论.

1 实验过程

称取5.4g FeCl3·6H2O溶至20mL蒸馏水中搅拌均匀（溶液1），将草酸、少量SDBS和丙三醇加入10mL蒸馏水中搅拌均匀（溶液2）.把溶液2缓慢加入到溶液1中搅拌30min后移入反应釜中，密封后放入200℃烘箱中，在自生压力条件下反应6h.待反应结束后，将反应釜取出，自然冷却至室温.所得的产物经去离子水和无水乙醇洗涤除去杂质，离心分离后放入80℃的烘箱中干燥8h，最后得到产物.

2 结果与讨论

2.1 晶相分析

图1是产物的XRD谱.样品是赤铁矿α-Fe2O3和四方纤铁矿β-FeOOH的混相，而且四方纤铁矿β-FeOOH比赤铁矿α-Fe2O3的衍射峰强，表明β-FeOOH所占的比率比α-Fe2O3大.

图1 合成样品的XRD谱

2.2 形貌表征

图2是所合成样品的SEM图.从图2可以看出产物是微纳米级的绒球状颗粒，它的中心是球形的，在球上长着许多棒，棒的横截面大小为200nm左右，棒长为3.5μm左右.

图2 合成样品在不同放大倍数下的SEM图

2.3 水热反应时间对产物的影响

不同水热反应时间的SEM图见图3.由图3可见，水热反应时间为6h，产物为绒球状的氧化铁；当水热反应12h时，产物是由球状、棒状等组成的.因此，水热时间对绒球状产物的形成很关键.

图3 不同水热反应时间的SEM图

2.4 绒球状氧化铁的构成分析

由图3可知，绒球状氧化铁是由赤铁矿α-Fe2O3和四方纤铁矿β-FeOOH组成的，且以β-FeOOH为主产物.一般而言，α-Fe2O3大多为球形或纺锤状，β-FeOOH大多为针状或纺锤状.由绒球状氧化铁的XRD图可以看出，针状部分比中间的球状多.由此可推断绒球状氧化铁外部针状部分是四方纤铁矿β-FeOOH，而中心部分球状部分是赤铁矿

3 结论

利用水热法成功地合成了绒球状单分散氧化铁微纳米球.该绒球状氧化铁是由赤铁矿α-Fe2O3和四方纤铁矿β-FeOOH组成的，且以β-FeOOH为主产物.四方纤铁矿β-FeOOH在外，赤铁矿α-Fe2O3在内构成绒球状氧化铁微纳米球.

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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

吉林省科技发展计划项目（20040505）.

阿力塔（1958—），男，副教授，主要从事功能材料制备与应用研究；通讯作者：王红（1964—），女，副教授，主要从事纳米功能材料研究.

石绍庆）