一种用聚酰胺-胺树形分子为模板制备铁磁性纯相BiFeO3纳米颗粒的方法技术

本发明专利技术涉及一种用聚酰胺‑胺树形分子为模板制备铁磁性纯相BiFeO3纳米颗粒的方法，其特征在于：以末端基团为酯基、羟基或羧基的聚酰胺‑胺（PAMAM）树形分子为模板，采用溶剂热法制得铁磁性纯相BiFeO3纳米颗粒。本发明专利技术采用了分散系数接近于1的球形聚酰胺‑胺树形分子为模板，制得的BiFeO3纳米颗粒为钙钛矿结构，粒径小于10纳米，分散性好，饱和磁化强度可达24.6 emu/g，在可见光照射下具有高催化活性，可用作磁性回收可见光催化剂、电磁流变液材料、传感器和存储器材料等领域。

A polyamide amine dendrimer as template for preparation of ferromagnetic phase pure BiFeO

The present invention relates to a polyamide amine dendrimer as template for preparation of ferromagnetic phase pure BiFeO

【技术实现步骤摘要】
一种用聚酰胺-胺树形分子为模板制备铁磁性纯相BiFeO3纳米颗粒的方法
本专利技术涉及一种用聚酰胺-胺树形分子为模板制备铁磁性纯相BiFeO3纳米颗粒的方法，属材料制备

技术介绍
BiFeO3是一种能带间隙大约为2.2eV的多铁性半导体材料，能够充分吸收利用可见光，在室温下具有铁电性和弱铁磁性，能够产生磁电耦合效应。铁酸铋的自旋磁矩为非公度正弦排列，是周期性调制结构，其磁结构的长周期为62nm，当铁酸铋的宏观尺寸大于这一长度时，各离子的磁性会互相抵消，在宏观上表现出的磁性很弱，因此想要得到具有较高磁性的铁酸铋，需要降低铁酸铋颗粒尺寸来破坏其螺旋磁结构，制备出尺寸减小至62nm以下纳米颗粒，以此来提高其铁磁性。此外，BiFeO3的形貌和微观结构对其光催化性能影响也很大，小尺寸的BiFeO3纳米颗粒具有更大的比表面积，更强的量子尺寸效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应，能表现出更强的光催化剂活性和铁磁性。因此，小尺寸的BiFeO3纳米颗粒可望成为一种新型的可磁性回收的窄带隙可见光催化剂，在可见光催化领域具有广泛的应用前景。目前，科技人员研究了用固相法、燃烧法、溶胶-凝胶法、液相烧结法、微乳液法、共沉淀法和水热法等方法来合成BiFeO3材料，但要想制备出小尺寸的铁磁性纯相BiFeO3纳米颗粒仍然非常困难。聚酰胺-胺（PAMAM）树形分子具有单分散的球形分子结构，分子表面为密集的官能团，内部为纳米级空腔，在水和有机溶剂中均具有良好的溶解性能，在制备纳米颗粒时起到容器和载体的软模板作用，已经在制备纳米催化剂、检测试剂、生物医药制剂等高附加值产品上显示出了明显的性能优势，具有广阔的应用前景。为此，我们以PAMAM树形分子为模板，采用溶剂热法制备出直径在10nm以下的铁磁性纯相BiFeO3纳米颗粒，在磁性回收可见光催化剂、电磁流变液材料、传感器和存储器材料等领域具有很强的理论意义和应用价值。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种能够制备出小尺寸的铁磁性纯相BiFeO3纳米颗粒的方法，其
技术实现思路
为：一种用聚酰胺-胺树形分子为模板制备铁磁性纯相BiFeO3纳米颗粒的方法，其特征在于：以末端基团为酯基、羟基或羧基的聚酰胺-胺（PAMAM）树形分子为模板，采用溶剂热法制得铁磁性纯相BiFeO3纳米颗粒。所述的一种用聚酰胺-胺树形分子为模板制备铁磁性纯相BiFeO3纳米颗粒的方法，其特征在于：包括以下步骤：（1）PAMAM/Fe(OH)3/Bi(OH)3前驱体制备：所述的PAMAM/Fe(OH)3/Bi(OH)3前驱体的制备步骤为：将等物质的量的Fe(NO3)3·9H2O和Bi(NO3)3·5H2O加入到有机溶剂中，边搅拌边缓慢滴加8～10%稀硝酸至Fe(NO3)3·9H2O和Bi(NO3)3·5H2O完全溶解，再加入PAMAM树形分子溶液，采用功率为50W的超声波清洗机震荡5min后，置于室温下搅拌2～4h，使Fe3+和Bi3+与树形分子充分配位，将搅拌速度调至800转/分以上，加入碱溶液使反应体系的pH值为13～14，室温下搅拌反应1h后，即得到PAMAM/Fe(OH)3/Bi(OH)3前驱体悬浊液。（2）铁磁性纯相BiFeO3纳米颗粒制备：所述的铁磁性纯相BiFeO3纳米颗粒制备步骤为：将所述步骤（1）制得的PAMAM/Fe(OH)3/Bi(OH)3前驱体悬浊液转移至水热反应釜中，补充有机溶剂或去离子水使填充度为70%～80%，并加入碱溶液使反应体系的pH值为13～14，密封后将反应釜置于130～140℃的烘箱中，保温12～18h后取出，离心分离，用去离子水将沉淀物洗涤至PH值为中性后，在60℃以下干燥即得到铁磁性纯相BiFeO3纳米颗粒。所述的一种用聚酰胺-胺树形分子为模板制备铁磁性纯相BiFeO3纳米颗粒的方法，其特征在于：PAMAM树形分子的代数为4～6代，末端基团为酯基、羟基或羧基，加入量以Fe3+或Bi3+与树形分子的物质的量比为100:1～10:1为标准，树形分子溶液的溶剂为水或乙醇，浓度为1×10-4～1×10-2mol/L。所述的一种用聚酰胺-胺树形分子为模板制备铁磁性纯相BiFeO3纳米颗粒的方法，其特征在于：有机溶剂为乙醇或丙酮，步骤（1）中Fe(NO3)3·9H2O或Bi(NO3)3·5H2O的浓度为0.01～0.1mol/L，步骤（2）水热反应釜中有机溶剂与水的体积比为1:4～1:1。所述的一种用聚酰胺-胺树形分子为模板制备铁磁性纯相BiFeO3纳米颗粒的方法，其特征在于：碱溶液为NaOH或KOH的水溶液，浓度为4～8mol/L，步骤（1）中碱溶液分批加入，第一批加入量不少于体系中反应物Fe(NO3)3·9H2O、Bi(NO3)3·5H2O和硝酸的物质的量的总和，然后滴加至规定pH值。本专利技术与现有技术相比，具有如下优点：1、本专利技术采用分散系数接近于1的球形的聚酰胺-胺树形分子为模板，制得的BiFeO3纳米颗粒为纯相，尺寸均匀，粒径小于10nm（见附图1），分散性好，具有铁磁性，饱和磁化强度可达24.6emu/g，在可见光照射下具有高催化活性；2、本专利技术采用溶剂热法制备BiFeO3纳米颗粒，工艺简单，可用于磁性回收可见光催化剂、电磁流变液材料、传感器和存储器材料等领域。附图说明图1是本专利技术制得的BiFeO3纳米颗粒的高分辨透射电子显微镜（HRTEM）照片，颗粒为球形或纺锤形，直径小于10nm。图2是本专利技术制得的BiFeO3纳米颗粒的磁滞回线，可以看出BiFeO3纳米颗粒具有铁磁性，饱和磁化强度为24.6emu/g。具体实施方式实施例1步骤（1）：PAMAM/Fe(OH)3/Bi(OH)3前驱体制备：将等物质的量的Fe(NO3)3·9H2O和Bi(NO3)3·5H2O加入到丙酮中，边搅拌边缓慢滴加10%稀硝酸至Fe(NO3)3·9H2O和Bi(NO3)3·5H2O完全溶解，Fe3+或Bi3+的浓度为0.01mol/L，再加入4代、末端基团为酯基的PAMAM树形分子水溶液，树形分子的浓度为1×10-2mol/L，加入量以Fe3+或Bi3+与树形分子的物质的量比为10:1为标准，采用功率为50W的超声波清洗机震荡5min后，置于室温下搅拌2h，使Fe3+和Bi3+与树形分子充分配位后，将搅拌速度调至800转/分以上，加入6mol/L的KOH水溶液使反应体系的pH值为13，室温下搅拌反应1h后，即得到PAMAM/Fe(OH)3/Bi(OH)3前驱体悬浊液。步骤（2）：铁磁性纯相BiFeO3纳米颗粒制备：将步骤（1）制得的PAMAM/Fe(OH)3/Bi(OH)3前驱体悬浊液转移至水热反应釜中，补充丙酮或去离子水，使填充度为75%，丙酮与水的体积比为1:2，并加入KOH溶液使反应体系的pH值为13，密封后将反应釜置于140℃的烘箱中，保温12h后取出，离心分离，用去离子水将沉淀物洗涤至PH值为中性后，在60℃以下烘干即得到铁磁性纯相BiFeO3纳米颗粒。实施例2步骤（1）：PAMAM/Fe(OH)3/Bi(OH)3前驱体制备：将等物质的量的Fe(NO3)3·9H2O和Bi(NO3)3·5H2O加入到丙酮中，边搅拌边缓慢滴加10%稀硝酸至Fe(NO3)3·9H2O和Bi(NO3)3·5H2O完全本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用聚酰胺‑胺树形分子为模板制备铁磁性纯相BiFeO

【技术特征摘要】
1.一种用聚酰胺-胺树形分子为模板制备铁磁性纯相BiFeO3纳米颗粒的方法，其特征在于：以末端基团为酯基、羟基或羧基的聚酰胺-胺（PAMAM）树形分子为模板，采用溶剂热法制得铁磁性纯相BiFeO3纳米颗粒。2.如权利要求1所述的一种用聚酰胺-胺树形分子为模板制备铁磁性纯相BiFeO3纳米颗粒的方法，其特征在于：包括以下步骤：（1）PAMAM/Fe(OH)3/Bi(OH)3前驱体制备：所述的PAMAM/Fe(OH)3/Bi(OH)3前驱体的制备步骤为：将等物质的量的Fe(NO3)3·9H2O和Bi(NO3)3·5H2O加入到有机溶剂中，边搅拌边缓慢滴加8～10%稀硝酸至Fe(NO3)3·9H2O和Bi(NO3)3·5H2O完全溶解，再加入PAMAM树形分子溶液，采用功率为50W的超声波清洗机震荡5min后，置于室温下搅拌2～4h，使Fe3+和Bi3+与树形分子充分配位，将搅拌速度调至800转/分以上，加入碱溶液使反应体系的pH值为13～14，室温下搅拌反应1h后，即得到PAMAM/Fe(OH)3/Bi(OH)3前驱体悬浊液；（2）铁磁性纯相BiFeO3纳米颗粒制备：所述的铁磁性纯相BiFeO3纳米颗粒制备步骤为：将所述步骤（1）制得的PAMAM/Fe(OH)3/Bi(OH)3前驱体悬浊液转移至水热反应釜中，补充有机溶剂或去离子水使填充度为70%...

【专利技术属性】
技术研发人员：丛日敏，于怀清，杨赞中，王卫伟，张华，
申请(专利权)人：山东理工大学，
类型：发明
国别省市：山东,37