專利名稱：一種多孔鐵酸鋅納米棒的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種多孔鐵酸鋅納米棒的制備方法。
背景技術(shù)：
鐵酸鋅化學(xué)式為ZnFe204，是鐵鋅二元氧化物，屬尖晶石結(jié)構(gòu)。因其在信息 存儲(chǔ)、電子器件、光電導(dǎo)材料和敏感器件等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用，而備受關(guān)注。 近十多年來(lái)，隨著納米技術(shù)的興起，鐵酸鋅納米材料的研究與應(yīng)用是一個(gè)熱點(diǎn) 問(wèn)題。自從Chu等人報(bào)道了鐵酸鋅納米顆粒對(duì)乙醇具有很強(qiáng)的氣敏特性(X. F. Chu et al., Sens. Actuators B.， 55,19(1999))以來(lái)，人們陸續(xù)發(fā)現(xiàn)鐵酸鋅納米材料 對(duì)硫化氫、 一氧化碳和乙醇等眾多還原性氣體均表現(xiàn)出氣敏特性。另外Yao等 人還報(bào)到了采用熱分解法制備的鐵酸鋅納米晶體在室溫下表現(xiàn)出超順磁性的性 質(zhì)，并且通過(guò)改變?cè)摯判圆牧系念w粒大小可以改變其磁學(xué)性質(zhì)(C. Yaoetal.， J. Phys. Chem. C., 111， 12274 (2007))。
與納米顆粒相比，諸如納米棒之類的一維納米結(jié)構(gòu)由于其對(duì)電子和激子的 傳輸更為有效(J. Polleux et al., Angew. Chem. Int. Ed.， 45， 261 (2006))，更適合用 于納米器件，如納米氣敏器件。而且，與普通一維納米結(jié)構(gòu)相比較， 一維多孔 鐵酸鋅納米棒具有更大的比表面積和更多氣體擴(kuò)散管路，因此，多孔納米棒是 納米氣敏器件最理想的材料。
目前，研究者已采用多種方法制備了鐵酸鋅納米材料，包括溶膠凝膠法、 水熱法、模板熱分解法等，采用這些方法所多得到的主要是納米顆粒和納米棒。 到目前為止，尚未有人公開(kāi)報(bào)道一維鐵酸鋅多孔納米結(jié)構(gòu)的制備。
發(fā)明內(nèi)容
由于一般方法制備多孔納米結(jié)構(gòu)比較困難，本發(fā)明的目的在于提供一種采 用微乳液法制備多孔鐵酸鋅納米棒。
本發(fā)明采用的技術(shù)方案具體步驟如下
1) 將不同摩爾比的溴化十六烷基三甲基、正戊醇、環(huán)己烷溶于去離子水中，
控制微乳液體系中溴化十六烷基三甲基濃度為0.02 0.08摩爾/升；去離子水與 溴化十六垸基三甲基摩爾比為10 30;正戊醇與溴化十六垸基三甲基摩爾比為 4 8。攪拌；
2) 在上述微乳液中分別加入草酸溶液、可溶性鋅鹽和可溶性亞鐵鹽，控制草酸和可溶性鋅鹽摩爾比為10 50，可溶性鋅鹽和可溶性亞鐵鹽摩爾比為1:2，攪 拌2 24小時(shí)；
3) 產(chǎn)物經(jīng)過(guò)離心、干燥處理后得到ZnFe2(C204)3納米棒前驅(qū)體；
4) 將步驟3)所得前驅(qū)體在500 900'C下煅燒0.5 48小時(shí)，即得到多孔鐵 酸鋅納米棒。
所述的可溶性鋅鹽為硝酸鋅Zn(N03)2、硫酸鋅ZnS04或者氯化鋅ZnCl2。 所述的可溶性亞鐵鹽為氯化亞鐵FeCl2或者硫酸亞鐵FeS04。 所述的多孔鐵酸鋅納米棒，化學(xué)式為ZnFe204，直徑為30 90納米，長(zhǎng)度 為1 10微米。
本發(fā)明具有的有益效果是
本發(fā)明采用微乳液法，首先制備了ZnFe2(C204)3納米棒前驅(qū)體，再將前驅(qū)體 在500 90(TC下煅燒，由于煅燒過(guò)程中草酸根的與前驅(qū)體的分離，造成了多孔 的納米結(jié)構(gòu)。因此，所得產(chǎn)物為純的鐵酸鋅多孔納米棒。本發(fā)明制備的納米棒 上布滿納米孔洞，且產(chǎn)物分散均勻，結(jié)晶良好，直徑為30 100納米，長(zhǎng)度為l IO微米。
圖1是實(shí)施例1所得多孔鐵酸鋅納米棒的XRD圖譜。
圖2是實(shí)施例2所得多孔鐵酸鋅納米棒的場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡照片。
圖3是實(shí)施例3所得多孔鐵酸鋅納米棒的(a)透射電鏡照片，(b)高分辨透
射電鏡照片。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例h
首先將0.583克(1.6毫摩爾)的溴化十六烷基三甲基、24.145克(0.287摩 爾)環(huán)己烷和0.846克(9.6毫摩爾)正戊醇溶解到48毫升去離子水中，攪拌后 得到微乳液體系。其中，十六烷基三甲基摩爾濃度為0.02摩爾/升，去離子水與 溴化十六烷基三甲基摩爾比為30，正戊醇與溴化十六烷基三甲基摩爾比為8。 然后分別將8毫升摩爾濃度為0.2摩爾/升的草酸、8毫升摩爾濃度為0.02摩爾/ 升的硝酸鋅溶液和16毫升摩爾濃度為0.02摩爾/升的氯化亞鐵溶液倒入以上微 乳液中，即微乳液中的草酸與鋅鹽摩爾比為10，鋅鹽和亞鐵鹽摩爾比為1:2。攪 拌2小時(shí)。通過(guò)離心、干燥處理后得到ZnFe2(C204)3納米棒先驅(qū)體。最后，將先 驅(qū)體在500。C下煅燒48小時(shí)得到多孔鐵酸鋅納米棒。圖1為該多孔鐵酸鋅納米 棒的XRD圖譜，該圖譜與鐵酸鋅標(biāo)準(zhǔn)卡片JCPDS no. 22-1012相吻合，沒(méi)有ZnO、Fe203等雜質(zhì)的衍射峰，說(shuō)明產(chǎn)物是純的鐵酸鋅，化學(xué)式為ZnFe204。透射電鏡 觀察表明，產(chǎn)物為一維多孔納米結(jié)構(gòu)，單根納米棒直徑30納米，長(zhǎng)度為l微米。
實(shí)施例2:
首先將0.875克(2.4毫摩爾)的溴化十六烷基三甲基、8.138克(96.7毫摩 爾)環(huán)己烷和1.269克(14.4毫摩爾)正戊醇溶解到48毫升去離子水中，攪拌 后得到微乳液體系。其中，十六烷基三甲基摩爾濃度為0.04摩爾/升，去離子水 與溴化十六烷基三甲基摩爾比為20，正戊醇與溴化十六垸基三甲基摩爾比為6。 然后分別將6毫升摩爾濃度為0.4摩爾/升的草酸、2毫升摩爾濃度為0.04摩爾/ 升的硫酸鋅溶液和4毫升摩爾濃度為0.04摩爾/升的硫酸亞鐵溶液倒入以上微乳 液中，即微乳液中的草酸與鋅鹽摩爾比為30，鋅鹽和亞鐵鹽摩爾比為1:2。攪拌 IO小時(shí)。通過(guò)離心、干燥處理后得到ZnFe2(C204)3納米棒先驅(qū)體。最后，將先 驅(qū)體在70(TC下煅燒24小時(shí)得到多孔鐵酸鋅納米棒。通過(guò)X射線衍射儀測(cè)試后 表明，該產(chǎn)物的XRD圖譜與鐵酸鋅標(biāo)準(zhǔn)卡片JCPDS no. 22-1012相吻合，沒(méi)有 ZnO、 Fe2Cb等雜質(zhì)的衍射峰，說(shuō)明產(chǎn)物是純的鐵酸鋅，化學(xué)式為ZnFe204。圖2 是該多孔鐵酸鋅納米棒的場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡照片，從中可以得到該產(chǎn)物是一維多 孔納米結(jié)構(gòu)，單根納米棒直徑為80納米，長(zhǎng)度為10微米。
實(shí)施例3:
首先將1.166克(3.2毫摩爾)的溴化十六烷基三甲基、4.611克(54.78毫 摩爾)環(huán)己烷和1.692克(19.2毫摩爾)正戊醇溶解到32毫升去離子水中，攪 拌后得到微乳液體系。其中，十六烷基三甲基摩爾濃度為0.08摩爾/升，去離子 水與溴化十六垸基三甲基摩爾比為10，正戊醇與溴化十六垸基三甲基摩爾比為 4。然后分別將4毫升摩爾濃度為0.8摩爾/升的草酸、6.4毫升摩爾濃度為0.01 摩爾/升的氯化鋅溶液和12.8毫升摩爾濃度為0.01摩爾/升的硫酸亞鐵溶液倒入 以上微乳液中，即微乳液中的草酸與鋅鹽摩爾比為50，鋅鹽和亞鐵鹽摩爾比為 1:2。攪拌24小時(shí)。通過(guò)離心、干燥處理后得到ZnFe2(C204)3納米棒先驅(qū)體。最 后，將先驅(qū)體在90(TC下煅燒0.5小時(shí)得到多孔鐵酸鋅納米棒。通過(guò)X射線衍射 儀測(cè)試后表明，該產(chǎn)物的XRD圖譜與鐵酸鋅標(biāo)準(zhǔn)卡片JCPDS no. 22-1012相吻 合，沒(méi)有ZnO、 Fe203等雜質(zhì)的衍射峰，說(shuō)明產(chǎn)物是純的鐵酸鋅，化學(xué)式為 ZnFe204。圖3 (a)是該多孔鐵酸鋅納米棒的透射電鏡照片，從中可以得到該產(chǎn) 物是一維多孔納米結(jié)構(gòu)，單根納米棒直徑為IOO納米，長(zhǎng)度為5微米。圖3 (b) 為該多孔鐵酸鋅的高分辨透射電鏡照片，照片表明該多孔納米棒結(jié)晶良好，晶 面間距為0.49nm,與鐵酸鋅的(111)晶面間距相吻合。
權(quán)利要求
1、一種多孔鐵酸鋅納米棒的制備方法，其特征在于該方法的步驟如下1)將不同摩爾比的溴化十六烷基三甲基、正戊醇、環(huán)己烷溶于去離子水中，控制微乳液體系中溴化十六烷基三甲基濃度為0.02～0.08摩爾/升；去離子水與溴化十六烷基三甲基摩爾比為10～30；正戊醇與溴化十六烷基三甲基摩爾比為4～8。攪拌；2)在上述微乳液中分別加入草酸溶液、可溶性鋅鹽和可溶性亞鐵鹽，控制草酸和可溶性鋅鹽摩爾比為10～50，可溶性鋅鹽和可溶性亞鐵鹽摩爾比為1∶2，攪拌2～24小時(shí)；3)產(chǎn)物經(jīng)過(guò)離心、干燥處理后得到ZnFe2(C2O4)3納米棒前驅(qū)體；4)將步驟3)所得前驅(qū)體在500～900℃下煅燒0.5～48小時(shí)，即得到多孔鐵酸鋅納米棒。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多孔鐵酸鋅納米棒的制備方法，其特征在于: 所述的可溶性鋅鹽為硝酸鋅Zn(N03)2、硫酸鋅ZnS04或者氯化鋅ZnCl2。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多孔鐵酸鋅納米棒的制備方法，其特征在于: 所述的可溶性亞鐵鹽為氯化亞鐵FeCl2或者硫酸亞鐵FeS04。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多孔鐵酸鋅納米棒的制備方法，其特征在于: 所述的多孔鐵酸鋅納米棒，化學(xué)式為ZnFe204，直徑為30 90納米，長(zhǎng)度為l IO微米。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種多孔鐵酸鋅納米棒的制備方法。采用由溴化十六烷基三甲基/水/環(huán)己烷/正戊醇組成的四組分微乳液體系，以可溶性鋅鹽、可溶性亞鐵鹽和草酸為反應(yīng)物，先合成ZnFe<sub>2</sub>(C<sub>2</sub>O<sub>4</sub>)<sub>3</sub>納米棒前驅(qū)體，再在500～900℃下煅燒該前驅(qū)體，由于煅燒過(guò)程中草酸根的與前驅(qū)體的分離，得到了多孔鐵酸鋅納米棒，化學(xué)式為ZnFe<sub>2</sub>O<sub>4</sub>。納米棒上布滿納米孔洞，且產(chǎn)物分散均勻，結(jié)晶良好，直徑為30～100納米，長(zhǎng)度為1～10微米。
文檔編號(hào)C01G9/00GK101289228SQ200810062169
公開(kāi)日2008年10月22日 申請(qǐng)日期2008年6月3日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月3日
發(fā)明者姚奎鴻, 左佃太, 王正凱, 祝洪良, 顧小云 申請(qǐng)人:浙江理工大學(xué)