一种铜调制的γ-Fe2O3基复合纳米微粒的合成方法技术

本发明专利技术属于纳米材料技术领域，具体涉及一种铜调制的γ-Fe2O3基复合纳米微粒的合成方法。本发明专利技术要解决的技术问题是提供一种操作简单、成本低廉的纳米颗粒制备方法。本发明专利技术的技术方案是一种Cu+调制的γ-Fe2O3基复合纳米微粒的合成方法，包括如下步骤：a、前驱体制备；b、复合纳米微粒的合成。本发明专利技术方法中，复合纳米微粒由前驱体在液相一步合成得到γ-Fe2O3(核)/CuFeO2(壳)纳米微粒产物，无中间过程，节约成本，并且工艺条件易于控制，制备过程便于操作。

【技术实现步骤摘要】
一种铜调制的γ-Fe2O3基复合纳米微粒的合成方法
本专利技术属于纳米材料
，具体涉及一价金属Cu+调制的γ-Fe2O3基复合纳米微粒的合成方法。
技术介绍
纳米微粒是粒径在1～100nm的超细微粒，属典型的纳米材料。复合纳米微粒是由不同的物理或化学性质的物质构成的两相或多相微粒，可能兼具各相物质的基本特性，甚至可能呈现完全新异的性质。复合纳米微粒通常为具有核—壳结构的包裹体。制备核—壳结构的复合纳米微粒的常用方法为两步法，即：第一步首先制得属心核的基体纳米微粒；第二步是对基体纳米微粒进行表面调制处理，形成物理或/和化学性质不同于基体微粒的异质表面层，从而得到具有心—壳结构复合纳米微粒。对于磁性纳米微粒，发展新的制备技术是重要的开发领域。γ-Fe2O3纳米微粒是研究广、应用多、磁性较强的纳米微粒。γ-Fe2O3基复合磁性纳米微粒可用于磁性液体合成、磁分离技术等领域。采用二价金属，如Co2+进行调制合成杆状γ-Fe2O3基复合磁性纳米微粒已用作磁记录材料。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种操作简单、成本低廉的纳米颗粒制备方法。本专利技术的技术方案是一种铜调制的γ-Fe2O3基复合纳米微粒的合成方法，包括如下步骤：a、前驱体制备：向含Fe3+和Mg2+溶液加入碱性介质，得到FeOOH/Mg(OH)2共沉淀复合物，丙酮脱水，得到氢氧化物前驱体；b、复合纳米微粒的合成：前驱体加入到沸腾的热氯化亚铁溶液中，生成γ-Fe2O3纳米晶粒；加入氯化亚铜与氢氧化钠溶液，在γ-Fe2O3纳米晶粒表面形成CuFeO2表层，最终合成γ-Fe2O3(核)/CuFeO2(壳)的复合纳米微粒。具体的，步骤a的操作如下：(1)根据Fe3+︰Mg2+摩尔比为1～3︰1配制含Fe3+和Mg2+的混合盐溶液；将混合盐溶液10倍体积的NaOH溶液倒入混合盐溶液中，得到碱性混合溶液；NaOH溶液浓度为0.1～2M；(2)将上述碱性混合溶液加热至沸腾，并保持沸腾1～8分钟；(3)自然冷却至室温，沉淀物逐渐析出，1～3小时后沉淀反应结束；(4)将沉淀物用0.05M浓度的HNO3水溶液清洗至pH7～8；然后再用丙酮脱水2～4次，每次脱水时丙酮与沉淀物的体积比为5︰1；(5)沉淀物放置硅胶干燥箱或真空干燥箱中，干燥12～36小时后得到用于纳米微粒合成的前驱体。优选的，步骤a(1)中Fe3+︰Mg2+摩尔比为2︰1，含Fe3+和Mg2+溶液分别为三氯化铁溶液和硝酸镁溶液。优选的，步骤a(3)操作如下：自然冷却至室温，沉淀物逐渐析出，2小时后沉淀反应结束。优选的，步骤a(4)中，用丙酮脱水3次。优选的，步骤a(5)中干燥24h。具体的，步骤b的操作如下：(1)配制溶液1、溶液2和溶液3，所述的溶液1为0.1～4M氯化亚铁水溶液，溶液2为0.2～3M的氯化亚铜水溶液，溶液3为0.1～0.7M的氢氧化钠水溶液；(2)将前驱体与蒸馏水按质量比为1︰20将两者混合均匀，在搅拌状态下加入到沸腾的溶液1中，蒸馏水与溶液1的体积比为1︰4，保持沸腾20分钟；(3)同时加入溶液2与溶液3，溶液2与溶液1体积比为1︰4～12；溶液3与溶液1的体积比为1︰10～30，继续沸腾5～15分钟；(4)自然冷却至室温，1～3小时后沉淀过程结束；(5)用丙酮清洗、脱水，丙酮加入量为沉淀物体积的4～6倍，充分搅动后离心分离，这一步骤重复2～4次；(6)将清洗、脱水后的产物转入真空干燥箱中，干燥12～36小时后得到干燥的复合磁性纳米微粒。优选的，步骤b(3)中，继续沸腾10分钟。优选的，步骤b(4)中，自然冷却至室温，2小时后沉淀过程结束。优选的，步骤b(6)中，干燥24小时。本专利技术γ-Fe2O3纳米微粒的合成过程中，采用一步合成法进行一价铜调制以制取γ-Fe2O3(核)/CuFeO2(壳)复合纳米微粒。制得了干燥无水的前驱体，并以此前驱体进行纳米微粒合成，以保障制备条件的一致性。一价铜可以氧化成二价铜，因而其调制机理与制备的工艺方法的要求不同于二价金属的调制处理。此外，，在以往的采用二价金属(例如Co2+和Zn2+)调制处理形成的CoFe2O4和ZnFe2O4具有与γ-Fe2O3相同的立方晶体结构，因此其形成机制为外延生长。本专利技术中Cu+调制处理形成的CuFeO2为三角晶体结构，其形成机制为吸附包裹，是一种新类型的γ-Fe2O3基铁氧体复合纳米微粒。这种异质的CuFeO2层可调制γ-Fe2O3晶粒的表面，提高其有效磁化强度。本专利技术方法中，复合纳米微粒由前驱体在液相一步合成，直接得到γ-Fe2O3(核)/CuFeO2(壳)纳米微粒产物，无中间过程，节约成本，并且工艺条件易于控制，制备过程便于操作。采用的是不含水前驱体，因而纳米微粒合成的前驱体原料用量便于精确控制，所制备得到的纳米微粒一致性好，此纳米微粒的尺寸小于20nm；具有磁光特性和选择吸附性质，同时具有较强的磁性，适于配制成悬浮体，用于液态材料磁光技术及磁分离环保技术。本专利技术中Cu+调制处理形成的CuFeO2为三角晶体结构，其形成机制为吸附包裹，是一种新类型的γ-Fe2O3基铁氧体复合纳米微粒。这种异质的CuFeO2层可调制γ-Fe2O3晶粒的表面，提高其有效磁化强度。附图说明图1、实施例1合成的复合纳米微粒的比磁化曲线。图2、实施例1合成的复合纳米微粒的透射电子显微镜像。图3、施例2合成的复合纳米微粒的比磁化曲线。图4、实施例2合成的复合纳米微粒的透射电子显微镜像。图5、实施例3合成的复合纳米微粒的比磁化曲线。图6、实施例3合成的复合纳米微粒的透射电子显微镜像。图1、3、5中横坐标H为磁场强度，纵坐标σ为比磁化强度。具体实施方式本专利技术中采用的是不含水前驱体，因而纳米微粒合成的前驱体原料用量便于精确控制，从而可保证不同批次的最终产物具有较好的一致性。实施例1采用本专利技术方法制备纳米颗粒a、前驱体制备：(1)配制1摩尔浓度的三氯化铁水溶液；2摩尔浓度的硝酸镁水溶液；0.7摩尔浓度的氢氧化钠水溶液。(2)将40毫升的三氯化铁溶液与10毫升的硝酸镁溶液混合，得到铁—镁混合盐溶液。(3)在搅拌条件下，将500毫升氢氧化钠溶液倒入铁—镁混合盐溶液中，然后加热至沸腾。(4)保持沸腾5分钟，停止加热，自然冷却至室温。(5)约两个小时候沉淀析出完毕。将沉淀物用0.05摩尔浓度的水溶液清洗至PH＝7～8。(6)将沉淀物与丙酮按体积比为1:5混合，充分搅拌均匀，然后离心分离。(7)将步骤(6)重复三次，然后将其沉淀物转入硅胶干燥器中。b、复合纳米微粒合成(1)配制0.25摩尔浓度的氯化亚铁水溶液；0.025摩尔浓度的氯化亚铜水溶液；2摩尔浓度的氢氧化钠水溶液。(2)将5克前驱体与100毫升蒸馏水混合，然后倒入400毫升沸腾的氯化亚铁水溶液中，保持沸腾20分钟。(3)将50毫升氯化亚铜溶液与20毫升氢氧化钠溶液同时倒入氯化亚铁溶液中，继续沸腾10分钟。(4)停止加热，自然冷却至室温。2小时后沉淀过程结束。(5)倒掉沉淀析出后的上部清液，用体积为沉淀物5倍的丙酮与其混合后，充分搅拌后进行离心分离，此步骤重复两次。(6)将丙酮清洗、脱水后的沉淀物转入真空干燥器中。24小时后得到干燥的γ-Fe2O3/CuFeO2复合纳米微粒。合成的纳米微粒本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铜调制的γ‑Fe2O3基复合纳米微粒的合成方法，包括如下步骤：a、前驱体制备：(1)根据Fe3+︰Mg2+摩尔比为1～3︰1配制含Fe3+和Mg2+的混合盐溶液；将混合盐溶液10倍体积的NaOH溶液倒入混合盐溶液中，得到碱性混合溶液；NaOH溶液浓度为0.1～2M；(2)将上述碱性混合溶液加热至沸腾，并保持沸腾1～8分钟；(3)自然冷却至室温，沉淀物逐渐析出，1～3小时后沉淀反应结束；(4)将沉淀物用0.05M浓度的HNO3水溶液清洗至pH7～8；然后再用丙酮脱水2～4次，每次脱水时丙酮与沉淀物的体积比为5︰1；(5)沉淀物放置硅胶干燥箱或真空干燥箱中，干燥12～36小时后得到用于纳米微粒合成的前驱体；b、复合纳米微粒的合成：(1)配制溶液1、溶液2和溶液3，所述的溶液1为0.1～4M氯化亚铁水溶液，溶液2为0.2～3M的氯化亚铜水溶液，溶液3为0.1～0.7M的氢氧化钠水溶液；(2)将前驱体与蒸馏水按质量比为1︰20将两者混合均匀，在搅拌状态下加入到沸腾的溶液1中，蒸馏水与溶液1的体积比为1︰4，保持沸腾20分钟；(3)同时加入溶液2与溶液3，溶液2与溶液1体积比为1︰4～12；溶液3与溶液1的体积比为1︰10～30，继续沸腾5～15分钟；(4)自然冷却至室温，1～3小时后沉淀过程结束；(5)用丙酮清洗、脱水，丙酮加入量为沉淀物体积的4～6倍，充分搅动后离心分离，这一步骤重复2～4次；(6)将清洗、脱水后的产物转入真空干燥箱中，干燥12～36小时后得到干燥的复合磁性纳米微粒。...

【技术特征摘要】
1.一种铜调制的γ-Fe2O3基复合纳米微粒的合成方法，包括如下步骤：a、前驱体制备：(1)根据Fe3+︰Mg2+摩尔比为1～3︰1配制含Fe3+和Mg2+的混合盐溶液；将混合盐溶液10倍体积的NaOH溶液倒入混合盐溶液中，得到碱性混合溶液；NaOH溶液浓度为0.1～2M；(2)将上述碱性混合溶液加热至沸腾，并保持沸腾1～8分钟；(3)自然冷却至室温，沉淀物逐渐析出，1～3小时后沉淀反应结束；(4)将沉淀物用0.05M浓度的HNO3水溶液清洗至pH7～8；然后再用丙酮脱水2～4次，每次脱水时丙酮与沉淀物的体积比为5︰1；(5)沉淀物放置硅胶干燥箱或真空干燥箱中，干燥12～36小时后得到用于纳米微粒合成的前驱体；b、复合纳米微粒的合成：(1)配制溶液1、溶液2和溶液3，所述的溶液1为0.1～4M氯化亚铁水溶液，溶液2为0.2～3M的氯化亚铜水溶液，溶液3为0.1～0.7M的氢氧化钠水溶液；(2)将前驱体与蒸馏水按质量比为1:20将两者混合均匀，在搅拌状态下加入到沸腾的溶液1中，蒸馏水与溶液1的体积比为1︰4，保持沸腾20分钟；(3)同时加入溶液2与溶液3，溶液2与溶液1体积比为1︰4～12；溶液3与溶液1的体积比为1︰10～30，继续沸腾5～15分钟；(4)自然冷却至室温，1～3小时后沉淀过程结束；(5)用丙酮清洗、...

【专利技术属性】
技术研发人员：李建，毛红，
申请(专利权)人：西南大学，
类型：发明
国别省市：重庆;85