專(zhuān)利名稱(chēng)：一種合成三棱鏡結(jié)構(gòu)四氧化三鐵納米晶體的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于一種磁性納米材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種合成三棱鏡結(jié)構(gòu)四氧化三鐵納米晶體的方法。
背景技術(shù)：
四氧化三鐵(Fe3O4)納米材料因具有低毒性、高效吸附性、強(qiáng)耐酸堿性等優(yōu)點(diǎn)，而成為目前應(yīng)用最廣泛的磁性納米材料之一，已廣泛應(yīng)用于磁共振成像、藥物祀向、磁祀向熱療、磁流體、生物樣品分離、基因工程、細(xì)胞培養(yǎng)、和催化等領(lǐng)域。Fe3O4納米材料的磁學(xué)性能(超順磁性，飽和磁化強(qiáng)度和矯頑力等)、產(chǎn)熱效果(磁滯損耗產(chǎn)熱，弛豫損耗產(chǎn)熱和比吸收率等)和催化性能(催化活性和模擬酶)及生物相容性和毒性(細(xì)胞凋亡，氧化應(yīng)激和毒物代謝等)等性能與其形貌、微觀結(jié)構(gòu)和尺寸密切相關(guān)。因此，研究形貌、微觀結(jié)構(gòu)和粒徑 大小可控的合成Fe3O4納米材料的方法在基礎(chǔ)科學(xué)研究和應(yīng)用領(lǐng)域具有廣泛的科學(xué)意義。目前，已采用化學(xué)沉淀法、模板法、水熱法、高溫分解法、溶膠-凝膠法、多元醇法、氣相法、超聲波分解法、流動(dòng)注射合成法和電化學(xué)法等方法合成出幾納米到幾百納米的各種形貌的Fe3O4納米材料，包括球體、空心球、朵狀、環(huán)狀、線狀、管狀、片狀和花狀等納米顆粒，以及四面體、八面體和三棱鏡結(jié)構(gòu)(nanoprism)納米晶體。近年來(lái)，研究發(fā)現(xiàn)三棱鏡結(jié)構(gòu)Fe3O4納米晶體(220)晶面的電化學(xué)活性和催化活性較高，這種具有特殊功能的納米材料將在生物技術(shù)，環(huán)境化學(xué)和醫(yī)藥等領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。但是由于三棱鏡晶體(220)面的表面能較高，合成暴露(220)晶面的三棱鏡Fe3O4納米晶體很難實(shí)現(xiàn)。目前報(bào)導(dǎo)的三種三棱鏡結(jié)構(gòu)Fe3O4納米晶體的方法均采用水熱法，這三種合成方法分別如下(I)將5mmol三氯化鐵(FeCl3)溶解于40ml乙二醇中形成透明澄清溶液，然后加入50mmol無(wú)水甲醇鈉(CH3ONa)和Iml水,經(jīng)超聲分散混合形成均勻溶液后轉(zhuǎn)移到聚四氟乙烯內(nèi)襯的不銹鋼高壓反應(yīng)釜中200°C反應(yīng)10小時(shí)，冷卻至室溫，用磁鐵收集產(chǎn)物，用水和乙醇超聲清洗，室溫下真空干燥(Chem. Eur. J. 2011，17，620-625) ； (2)將Ig水合三氯化鐵(FeCl3 *6H20)溶解于20ml乙二醇中形成透明澄清溶液，然后加入3g乙酸鈉(CH3COONa)和IOml 1，3-丙二胺，充分?jǐn)嚢杌旌暇鶆蚝筠D(zhuǎn)移到聚四氟乙烯內(nèi)襯的不銹鋼高壓反應(yīng)釜中200°C反應(yīng)12小時(shí)，冷卻至室溫，用水和乙醇數(shù)次清洗黑色產(chǎn)品，然后在真空烘箱中60°C干燥 6 小時(shí)(CrystEngComm, 2010,12, 2060-2063) ； (3)將 Immol 乙酸丙麗鐵(Fe (acac) 3)和5. Oml油胺加入裝有甲苯的高壓反應(yīng)釜中強(qiáng)力攪拌形成紅色的溶液后在，在反應(yīng)釜中200°C反應(yīng)24小時(shí)。反應(yīng)后自然冷卻，加入20mL無(wú)水乙醇沉淀產(chǎn)物，然后用無(wú)水乙醇和正己烷洗滌后分散于正己烷中(Chem. Commun.，2010，46，3920-3922)。上述方法中使用有機(jī)試劑，甚至一些有毒的試劑合成三棱鏡結(jié)構(gòu)Fe3O4納米晶體，不利于在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用，此外，因需在高溫高壓下反應(yīng)，難以大規(guī)模合成。迄今為止，利用高分子網(wǎng)絡(luò)凝膠法合成三棱鏡結(jié)構(gòu)四氧化三鐵納米晶體的方法未見(jiàn)報(bào)道
發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種合成三棱鏡結(jié)構(gòu)四氧化三鐵納米晶體的方法，該方法在高分子水凝膠網(wǎng)絡(luò)中一步原位合成三棱鏡結(jié)構(gòu)Fe3O4納米晶體，對(duì)原料要求簡(jiǎn)單，不需添加任何有機(jī)試劑，無(wú)污染，從而保證了體系的生物相容性；此外，所需設(shè)備簡(jiǎn)單，成本低，反應(yīng)溫度低，操作簡(jiǎn)便，產(chǎn)率高，產(chǎn)品重現(xiàn)性好，易于實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是一種合成三棱鏡結(jié)構(gòu)四氧化三鐵納米晶體的方法，步驟如下步驟I :將IM陰離子單體、0.5-15mOl%交聯(lián)劑甲叉雙丙烯酰胺以及0. Imol^引發(fā)劑a -酮戊二酸或過(guò)硫酸銨，通過(guò)365nm紫外光引發(fā)或熱引發(fā)的自由基聚合反應(yīng)合成交聯(lián)密度在0. 5-15mol%的陰離子高分子水凝膠，陰離子單體基團(tuán)包括磺酸基、磺酸基鹽、苯磺酸基、苯磺酸基鹽、磷酸基、磷酸基鹽、羧酸基或羧酸基鹽，陰離子單體分為天然和合成陰離子水凝膠；
步驟2 :稱(chēng)取一定摩爾比的二價(jià)鐵鹽與三價(jià)鐵鹽加入燒杯中，二價(jià)鐵鹽與三價(jià)鐵鹽的摩爾比為2 1-4 1，加入去離子水配制成濃度為0. 2M-0. 4M鐵離子溶液，二價(jià)鐵鹽為硫酸亞鐵FeS04、氯化亞鐵FeCl2、硝酸亞鐵Fe (NO3) 2或含結(jié)晶水的上述鐵鹽，三價(jià)鐵鹽為硫酸鐵(Fe2 (SO4) 3)、氯化鐵(FeCl3)、硝酸鐵(Fe(NO3)3)或含結(jié)晶水的上述鐵鹽；步驟3 :將步驟I中所述的陰離子水凝膠浸泡到步驟2中所述的鐵離子溶液中，陰離子水凝膠質(zhì)量與鐵離子溶液的體積比為3g 10ml-3g 30ml，在室溫下浸泡6-24h，使鐵離子吸附到陰離子水凝膠網(wǎng)絡(luò)中；步驟4 :在燒杯中配制0. 5mol-l. 5mol的堿溶液10ml，堿包括氫氧化鈉、氫氧化鉀或氨水；步驟5 :向步驟3中裝有吸附了鐵離子的水凝膠和鐵離子溶液的燒杯通入氮?dú)庵敝脸ト芤褐械难鯕?，同時(shí)也向步驟4的堿溶液的燒杯中通入氮?dú)庵敝脸ト芤褐械难鯕?，再將步驟3中吸附了鐵離子的水凝膠浸泡到步驟4的堿溶液中；步驟6 :將步驟5的浸泡有水凝膠的堿溶液的pH值調(diào)節(jié)為11，水浴加熱至40°C，在氮?dú)鈿夥障潞銣乇３?-18h，在陰離子高分子水凝膠網(wǎng)絡(luò)中原位合成Fe3O4納米晶體；步驟7:將包裹Fe3O4納米晶體的陰離子高分子水凝膠用蒸餾水清洗、真空干燥后，馬弗爐中燒結(jié)直至去除高分子水凝膠后，合成得到三棱鏡結(jié)構(gòu)Fe3O4納米晶體的黑色粉末。本發(fā)明以高分子水凝膠的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)作為模板，帶正電荷的鐵離子通過(guò)擴(kuò)散作用進(jìn)入到陰離子高分子水凝膠的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，并通過(guò)靜電相互作用被陰離子水凝膠中的帶負(fù)電和的基團(tuán)穩(wěn)定吸附而均勻分布于水凝膠網(wǎng)絡(luò)中。然后通過(guò)簡(jiǎn)單溫和的共沉淀法使鐵離子在特殊的高分子水凝膠網(wǎng)絡(luò)微環(huán)境中原位生成尺寸在IOOnm 300nm左右的三棱鏡結(jié)構(gòu)Fe3O4納米晶體。高分子水凝膠的三維網(wǎng)絡(luò)既作為合成Fe3O4納米晶體的微型反應(yīng)器，又作為均勻分散Fe3O4納米晶體的體系。高分子水凝膠的三維網(wǎng)絡(luò)交聯(lián)密度可調(diào)節(jié)三棱鏡結(jié)構(gòu)Fe3O4納米晶體的尺寸。使用本發(fā)明合成的三棱鏡結(jié)構(gòu)Fe3O4納米晶體尺寸分布較窄，穩(wěn)定性較好。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作更詳細(xì)的說(shuō)明。
實(shí)施例一一種合成三棱鏡結(jié)構(gòu)四氧化三鐵納米晶體的方法，步驟如下步驟I :將IM陰離子單體、2m0l%交聯(lián)劑甲叉雙丙烯酰胺以及0. Imol^引發(fā)劑a -酮戍二酸，通過(guò)365nm熱引發(fā)的自由基聚合反應(yīng)合成交聯(lián)密度在2mol%的陰離子高分子水凝膠；陰離子單體基團(tuán)為磺酸基；步驟2 :稱(chēng)取一定摩爾比的二價(jià)鐵鹽與三價(jià)鐵鹽加入燒杯中，二價(jià)鐵鹽與三價(jià)鐵鹽的摩爾比為4 1，加入去離子水配制成濃度為0.4M鐵離子溶液，二價(jià)鐵鹽為硫酸亞鐵FeSO4,三價(jià)鐵鹽為硫酸鐵Fe2 (SO4) 3 ；步驟3 :將步驟I中所述的陰離子水凝膠浸泡到步驟2中所述的鐵離子溶液中，陰離子水凝膠質(zhì)量與鐵離子溶液的體積比為3g 10ml，在室溫下浸泡24h，使鐵離子吸附到陰離子水凝膠網(wǎng)絡(luò)中；步驟4 :在燒杯中配制I. 5mol的堿溶液10ml，堿為氫氧化鈉；步驟5 :向步驟3中裝有吸附了鐵離子的水凝膠和鐵離子溶液的燒杯通入氮?dú)庵敝脸ト芤褐械难鯕猓瑫r(shí)也向步驟4的堿溶液的燒杯中通入氮?dú)庵敝脸ト芤褐械难鯕?，再將步驟3中吸附了鐵離子的水凝膠浸泡到步驟4的堿溶液中；步驟6 :將步驟5的浸泡有水凝膠的堿溶液的pH值調(diào)節(jié)為11，水浴加熱至40°C，在氮?dú)鈿夥障潞銣乇３?h，在陰離子高分子水凝膠網(wǎng)絡(luò)中原位合成Fe3O4納米晶體；步驟7:將包裹Fe3O4納米晶體的陰離子高分子水凝膠用蒸餾水清洗、真空干燥后，馬弗爐中燒結(jié)直至去除高分子水凝膠后，合成得到三棱鏡結(jié)構(gòu)Fe3O4納米晶體的黑色粉末。本實(shí)施例所得最終產(chǎn)品用透射電子顯微鏡觀察到平均邊長(zhǎng)為334nm三棱鏡結(jié)構(gòu)Fe3O4納米晶體。實(shí)施例二一種合成三棱鏡結(jié)構(gòu)四氧化三鐵納米晶體的方法，步驟如下步驟I :將IM陰離子單體、0.5mOl%交聯(lián)劑甲叉雙丙烯酰胺以及0. Imol^引發(fā)劑過(guò)硫酸銨，通過(guò)365nm熱引發(fā)的自由基聚合反應(yīng)合成交聯(lián)密度在0. 5%的陰離子高分子水凝膠，陰離子單體基團(tuán)為苯磺酸基；步驟2 :稱(chēng)取一定摩爾比的二價(jià)鐵鹽與三價(jià)鐵鹽加入燒杯中，二價(jià)鐵鹽與三價(jià)鐵鹽的摩爾比為2 1，加入去離子水配制成濃度為0. 2M鐵離子溶液，二價(jià)鐵鹽為硫酸亞鐵FeSO4,三價(jià)鐵鹽為硫酸鐵Fe2 (SO4) 3 ；步驟3 :將步驟I中所述的陰離子水凝膠浸泡到步驟2中所述的鐵離子溶液中，陰離子水凝膠質(zhì)量與鐵離子溶液的體積比為3g 30ml，在室溫下浸泡6h，使鐵離子吸附到陰離子水凝膠網(wǎng)絡(luò)中；步驟4 :在燒杯中配制0. 5mol的堿溶液10ml，堿為氫氧化鉀；步驟5 :向步驟3中裝有吸附了鐵離子的水凝膠和鐵離子溶液的燒杯通入氮?dú)庵敝脸ト芤褐械难鯕?，同時(shí)也向步驟4的堿溶液的燒杯中通入氮?dú)庵敝脸ト芤褐械难鯕猓賹⒉襟E3中吸附了鐵離子的水凝膠浸泡到步驟4的堿溶液中；步驟6 :將步驟5的浸泡有水凝膠的堿溶液的pH值調(diào)節(jié)為11，水浴加熱至40°C，在氮?dú)鈿夥障潞銣乇３?8h，在陰離子高分子水凝膠網(wǎng)絡(luò)中原位合成Fe3O4納米晶體；
步驟7:將包裹Fe3O4納米晶體的陰離子高分子水凝膠用蒸餾水清洗、真空干燥后，馬弗爐中燒結(jié)直至去除高分子水凝膠后，合成得到三棱鏡結(jié)構(gòu)Fe3O4納米晶體的黑色粉末。本實(shí)施例所得最終產(chǎn)品用透射電子顯微鏡觀察到平均邊長(zhǎng)為162nm三棱鏡結(jié)構(gòu)Fe3O4納米晶體。實(shí)施例三一種合成三棱鏡結(jié)構(gòu)四氧化三鐵納米晶體的方法，步驟如下步驟I :將IM陰離子單體、15m0l%交聯(lián)劑甲叉雙丙烯酰胺以及0. Imol^引發(fā)劑過(guò)硫酸銨，通過(guò)365nm熱引發(fā)的自由基聚合反應(yīng)合成交聯(lián)密度在15mol %的陰離子高分子水凝膠，陰離子單體基團(tuán)為磷酸基鹽；步驟2 :稱(chēng)取一定摩爾比的二價(jià)鐵鹽與三價(jià)鐵鹽加入燒杯中，二價(jià)鐵鹽與三價(jià)鐵鹽的摩爾比為3 1，加入去離子水配制成濃度為0. 3M鐵離子溶液，二價(jià)鐵鹽為氯化亞鐵FeCl2，三價(jià)鐵鹽為氯化鐵FeCl3 ； 步驟3 :將步驟I中所述的陰離子水凝膠浸泡到步驟2中所述的鐵離子溶液中，陰離子水凝膠質(zhì)量與鐵離子溶液的體積比為3g 20ml，在室溫下浸泡15h，使鐵離子吸附到陰離子水凝膠網(wǎng)絡(luò)中；步驟4 :在燒杯中配制Imol的堿溶液10ml，堿為氨水；步驟5 :向步驟3中裝有吸附了鐵離子的水凝膠和鐵離子溶液的燒杯通入氮?dú)庵敝脸ト芤褐械难鯕猓瑫r(shí)也向步驟4的堿溶液的燒杯中通入氮?dú)庵敝脸ト芤褐械难鯕?，再將步驟3中吸附了鐵離子的水凝膠浸泡到步驟4的堿溶液中；步驟6 :將步驟5的浸泡有水凝膠的堿溶液的pH值調(diào)節(jié)為11，水浴加熱至40°C，在氮?dú)鈿夥障潞銣乇３?5h，在陰離子高分子水凝膠網(wǎng)絡(luò)中原位合成Fe3O4納米晶體。步驟7:將包裹Fe3O4納米晶體的陰離子高分子水凝膠用蒸餾水清洗、真空干燥后，馬弗爐中燒結(jié)直至去除高分子水凝膠后，合成得到三棱鏡結(jié)構(gòu)Fe3O4納米晶體的黑色粉末。本實(shí)施例所得最終產(chǎn)品用透射電子顯微鏡觀察到平均邊長(zhǎng)為257nm三棱鏡結(jié)構(gòu)Fe3O4納米晶體。實(shí)施例四一種合成三棱鏡結(jié)構(gòu)四氧化三鐵納米晶體的方法，步驟如下步驟I :將IM陰離子單體、IOmol %交聯(lián)劑甲叉雙丙烯酰胺以及0. Imol^引發(fā)劑a -酮戍二酸，通過(guò)365nm紫外光引發(fā)的自由基聚合反應(yīng)合成交聯(lián)密度在10mol%的陰離子高分子水凝膠，陰離子單體基團(tuán)為羧酸基鹽；步驟2 :稱(chēng)取一定摩爾比的二價(jià)鐵鹽與三價(jià)鐵鹽加入燒杯中，二價(jià)鐵鹽與三價(jià)鐵鹽的摩爾比為4 1，加入去離子水配制成濃度為0.4M鐵離子溶液，二價(jià)鐵鹽為硝酸亞鐵Fe (NO3)2，三價(jià)鐵鹽為硝酸鐵(Fe(NO3)3)；步驟3 :將步驟I中所述的陰離子水凝膠浸泡到步驟2中所述的鐵離子溶液中，陰離子水凝膠質(zhì)量與鐵離子溶液的體積比為3g 15ml，在室溫下浸泡18h，使鐵離子吸附到陰離子水凝膠網(wǎng)絡(luò)中；步驟4 :在燒杯中配制0. 8mol的堿溶液10ml，堿為氫氧化鈉；步驟5 :向步驟3中裝有吸附了鐵離子的水凝膠和鐵離子溶液的燒杯通入氮?dú)庵敝脸ト芤褐械难鯕猓瑫r(shí)也向步驟4的堿溶液的燒杯中通入氮?dú)庵敝脸ト芤褐械难鯕?，再將步驟3中吸附了鐵離子的水凝膠浸泡到步驟4的堿溶液中；
步驟6 :將步驟5的浸泡有水凝膠的堿溶液的pH值調(diào)節(jié)為11，水浴加熱至40°C，在氮?dú)鈿夥障潞銣乇３?4h，在陰離子高分子水凝膠網(wǎng)絡(luò)中原位合成Fe3O4納米晶體。步驟7:將包裹Fe3O4納米晶體的陰離子高分子水凝膠用蒸餾水清洗、真空干燥后，馬弗爐中燒結(jié)直至去除高分子水凝膠后，合成得到三棱鏡結(jié)構(gòu)Fe3O4納米晶體的黑色粉末。本實(shí)施例所得最終產(chǎn)品用透射電子顯微鏡觀察到平均邊長(zhǎng)為254nm三棱鏡結(jié)構(gòu)Fe3O4納米晶體。
實(shí)施例五一種合成三棱鏡結(jié)構(gòu)四氧化三鐵納米晶體的方法，步驟如下步驟I :將IM陰離子單體、15m0l%交聯(lián)劑甲叉雙丙烯酰胺以及O. Imol^引發(fā)劑α-酮戊二酸，通過(guò)熱引發(fā)的自由基聚合反應(yīng)合成交聯(lián)密度在15mol%的陰離子高分子水凝膠，陰離子單體基團(tuán)為苯磺酸基鹽；步驟2 :稱(chēng)取一定摩爾比的二價(jià)鐵鹽與三價(jià)鐵鹽加入燒杯中，二價(jià)鐵鹽與三價(jià)鐵鹽的摩爾比為4 1，加入去離子水配制成濃度為O. 4M鐵離子溶液，二價(jià)鐵鹽為硫酸亞鐵FeSO4，三價(jià)鐵鹽為硫酸鐵(Fe2(SO4)3)；步驟3 :將步驟I中所述的陰離子水凝膠浸泡到步驟2中所述的鐵離子溶液中，陰離子水凝膠質(zhì)量與鐵離子溶液的體積比為3g 10ml，在室溫下浸泡24h，使鐵離子吸附到陰離子水凝膠網(wǎng)絡(luò)中；步驟4 :在燒杯中配制I. 5mol的堿溶液10ml，堿為氫氧化鈉；步驟5 :向步驟3中裝有吸附了鐵離子的水凝膠和鐵離子溶液的燒杯通入氮?dú)庵敝脸ト芤褐械难鯕?，同時(shí)也向步驟4的堿溶液的燒杯中通入氮?dú)庵敝脸ト芤褐械难鯕猓賹⒉襟E3中吸附了鐵離子的水凝膠浸泡到步驟4的堿溶液中；步驟6 :將步驟5的浸泡有水凝膠的堿溶液的pH值調(diào)節(jié)為11，水浴加熱至40°C，在氮?dú)鈿夥障潞銣乇３?h，在陰離子高分子水凝膠網(wǎng)絡(luò)中原位合成Fe3O4納米晶體；步驟7:將包裹Fe3O4納米晶體的陰離子高分子水凝膠用蒸餾水清洗、真空干燥后，馬弗爐中燒結(jié)直至去除高分子水凝膠后，合成得到三棱鏡結(jié)構(gòu)Fe3O4納米晶體的黑色粉末。本實(shí)施例所得最終產(chǎn)品用透射電子顯微鏡觀察到平均邊長(zhǎng)為143nm三棱鏡結(jié)構(gòu)Fe3O4納米晶體。實(shí)施例六一種合成三棱鏡結(jié)構(gòu)四氧化三鐵納米晶體的方法，步驟如下步驟I :將IM陰離子單體、4m0l%交聯(lián)劑甲叉雙丙烯酰胺以及O. Imol^引發(fā)劑過(guò)硫酸銨，通過(guò)365nm紫外光引發(fā)的自由基聚合反應(yīng)合成交聯(lián)密度在15mol %的陰離子高分子水凝膠，陰離子單體為基團(tuán)2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸鈉；步驟2 :稱(chēng)取一定摩爾比的二價(jià)鐵鹽與三價(jià)鐵鹽加入燒杯中，二價(jià)鐵鹽與三價(jià)鐵鹽的摩爾比為4 1，加入去離子水配制成濃度為O. 2M鐵離子溶液，二價(jià)鐵鹽為硫酸亞鐵FeSO4，三價(jià)鐵鹽為硫酸鐵(Fe2(SO4)3)；步驟3 :將步驟I中所述的陰離子水凝膠浸泡到步驟2中所述的鐵離子溶液中，陰離子水凝膠質(zhì)量與鐵離子溶液的體積比為3g 25ml，在室溫下浸泡20h，使鐵離子吸附到陰離子水凝膠網(wǎng)絡(luò)中；步驟4 :在燒杯中配制I. 5mol的堿溶液10ml，堿為氫氧化鈉；
步驟5 :向步驟3中裝有吸附了鐵離子的水凝膠和鐵離子溶液的燒杯通入氮?dú)庵敝脸ト芤褐械难鯕猓瑫r(shí)也向步驟4的堿溶液的燒杯中通入氮?dú)庵敝脸ト芤褐械难鯕?，再將步驟3中吸附了鐵離子的水凝膠浸泡到步驟4的堿溶液中；步驟6 :將步驟5的浸泡有水凝膠的堿溶液的pH值調(diào)節(jié)為11，水浴加熱至40°C，在氮?dú)鈿夥障潞銣乇３?7h，在陰離子高分子水凝膠網(wǎng)絡(luò)中原位合成Fe3O4納米晶體。步驟7:將包裹Fe3O4納米晶體的陰離子高分子水凝膠用蒸餾水清洗、真空干燥后，馬弗爐中燒結(jié)直至去除高分子水凝膠后，合成得到三棱鏡結(jié)構(gòu)Fe3O4納米晶體的黑色粉末。本實(shí)施例所得最終產(chǎn)品用透射電子顯微鏡觀察到平均邊長(zhǎng)為147nm三棱鏡結(jié)構(gòu)Fe3O4納米晶體。 實(shí)施例七一種合成三棱鏡結(jié)構(gòu)四氧化三鐵納米晶體的方法，步驟如下步驟I :將IM陰離子單體、15m0l%交聯(lián)劑甲叉雙丙烯酰胺以及O. Imol^引發(fā)劑α -酮戍二酸，通過(guò)365nm紫外光引發(fā)自由基聚合反應(yīng)合成交聯(lián)密度在15mol%的陰離子高分子水凝膠，陰離子單體為2-丙烯酰胺-2-甲基丙烷磺酸鈉；步驟2 :稱(chēng)取一定摩爾比的二價(jià)鐵鹽與三價(jià)鐵鹽加入燒杯中，二價(jià)鐵鹽與三價(jià)鐵鹽的摩爾比為2 1，加入去離子水配制成濃度為O. 4M鐵離子溶液，二價(jià)鐵鹽為氯化亞鐵FeCl2，三價(jià)鐵鹽為氯化鐵FeCl3 ；步驟3 :將步驟I中所述的陰離子水凝膠浸泡到步驟2中所述的鐵離子溶液中，陰離子水凝膠質(zhì)量與鐵離子溶液的體積比為3g 20ml，在室溫下浸泡6-24h，使鐵離子吸附到陰離子水凝膠網(wǎng)絡(luò)中；步驟4 :在燒杯中配制I. Omol的堿溶液10ml，堿為氫氧化鈉；步驟5 :向步驟3中裝有吸附了鐵離子的水凝膠和鐵離子溶液的燒杯通入氮?dú)庵敝脸ト芤褐械难鯕猓瑫r(shí)也向步驟4的堿溶液的燒杯中通入氮?dú)庵敝脸ト芤褐械难鯕?，再將步驟3中吸附了鐵離子的水凝膠浸泡到步驟4的堿溶液中；步驟6 :將步驟5的浸泡有水凝膠的堿溶液的pH值調(diào)節(jié)為11，水浴加熱至40°C，在氮?dú)鈿夥障潞銣乇３?2h，在陰離子高分子水凝膠網(wǎng)絡(luò)中原位合成Fe3O4納米晶體。步驟7:將包裹Fe3O4納米晶體的陰離子高分子水凝膠用蒸餾水清洗、真空干燥后，馬弗爐中燒結(jié)直至去除高分子水凝膠后，合成得到三棱鏡結(jié)構(gòu)Fe3O4納米晶體的黑色粉末。本實(shí)施例所得最終產(chǎn)品用透射電子顯微鏡觀察到平均邊長(zhǎng)為127nm三棱鏡結(jié)構(gòu)Fe3O4納米晶體。實(shí)施例八一種合成三棱鏡結(jié)構(gòu)四氧化三鐵納米晶體的方法，步驟如下步驟I :將IM陰離子單體、15m0l%交聯(lián)劑甲叉雙丙烯酰胺以及O. Imol^引發(fā)劑α-酮戊二酸，通過(guò)熱引發(fā)的自由基聚合反應(yīng)合成交聯(lián)密度在15mol%的陰離子高分子水凝膠，陰離子單體為2-丙烯酰胺-2-甲基丙烷磺酸鈉；步驟2 :稱(chēng)取一定摩爾比的二價(jià)鐵鹽與三價(jià)鐵鹽加入燒杯中，二價(jià)鐵鹽與三價(jià)鐵鹽的摩爾比為3 1，加入去離子水配制成濃度為O. 2M鐵離子溶液，二價(jià)鐵鹽為硫酸亞鐵FeSO4，三價(jià)鐵鹽為硫酸鐵(Fe2(SO4)3)；步驟3 :將步驟I中所述的陰離子水凝膠浸泡到步驟2中所述的鐵離子溶液中，陰離子水凝膠質(zhì)量與鐵離子溶液的體積比為3g 20ml，在室溫下浸泡24h，使鐵離子吸附到陰離子水凝膠網(wǎng)絡(luò)中；步驟4 :在燒杯中配制I. 5mol的堿溶液10ml，堿為氫氧化鉀；步驟5 :向步驟3中裝有吸附了鐵離子的水凝膠和鐵離子溶液的燒杯通入氮?dú)庵敝脸ト芤褐械难鯕猓瑫r(shí)也向步驟4的堿溶液的燒杯中通入氮?dú)庵敝脸ト芤褐械难鯕?，再將步驟3中吸附了鐵離子的水凝膠浸泡到步驟4的堿溶液中；步驟6 :將步驟5的浸泡有水凝膠的堿溶液的pH值調(diào)節(jié)為11，水浴加熱至40°C，在氮?dú)鈿夥障潞銣乇３?4h，在陰離子高分子水凝膠網(wǎng)絡(luò)中原位合成Fe3O4納米晶體。步驟7:將包裹Fe3O4納米晶體的陰離子高分子水凝膠用蒸餾水清洗、真空干燥后， 馬弗爐中燒結(jié)直至去除高分子水凝膠后，合成得到三棱鏡結(jié)構(gòu)Fe3O4納米晶體的黒色粉末。本實(shí)施例所得最終產(chǎn)品用透射電子顯微鏡觀察到平均邊長(zhǎng)為113nm三棱鏡結(jié)構(gòu)Fe3O4納米晶體。實(shí)施例九ー種合成三棱鏡結(jié)構(gòu)四氧化三鐵納米晶體的方法，步驟如下步驟I :將IM陰離子単體、Smol %交聯(lián)劑甲叉雙丙烯酰胺以及O. Imol^引發(fā)劑α -酮戊ニ酸或過(guò)硫酸銨，通過(guò)365nm紫外光引發(fā)的自由基聚合反應(yīng)合成交聯(lián)密度在Smol %的陰離子高分子水凝膠，陰離子単體基團(tuán)為羧酸基；步驟2 :稱(chēng)取一定摩爾比的ニ價(jià)鐵鹽與三價(jià)鐵鹽加入燒杯中，ニ價(jià)鐵鹽與三價(jià)鐵鹽的摩爾比為4 1，加入去離子水配制成濃度為O. 4M鐵離子溶液，ニ價(jià)鐵鹽為氯化亞鐵FeCl2，三價(jià)鐵鹽為氯化鐵FeCl3 ；步驟3 :將步驟I中所述的陰離子水凝膠浸泡到步驟2中所述的鐵離子溶液中，陰離子水凝膠質(zhì)量與鐵離子溶液的體積比為3g 15ml，在室溫下浸泡24h，使鐵離子吸附到陰離子水凝膠網(wǎng)絡(luò)中；步驟4 :在燒杯中配制I. 5mol的堿溶液10ml，堿為氨水；步驟5 :向步驟3中裝有吸附了鐵離子的水凝膠和鐵離子溶液的燒杯通入氮?dú)庵敝脸ト芤褐械难鯕猓瑫r(shí)也向步驟4的堿溶液的燒杯中通入氮?dú)庵敝脸ト芤褐械难鯕?，再將步驟3中吸附了鐵離子的水凝膠浸泡到步驟4的堿溶液中；步驟6 :將步驟5的浸泡有水凝膠的堿溶液的pH值調(diào)節(jié)為11，水浴加熱至40°C，在氮?dú)鈿夥障潞銣乇３?7h，在陰離子高分子水凝膠網(wǎng)絡(luò)中原位合成Fe3O4納米晶體；步驟7:將包裹Fe3O4納米晶體的陰離子高分子水凝膠用蒸餾水清洗、真空干燥后，馬弗爐中燒結(jié)直至去除高分子水凝膠后，合成得到三棱鏡結(jié)構(gòu)Fe3O4納米晶體的黒色粉末。本實(shí)施例所得最終產(chǎn)品用透射電子顯微鏡觀察到平均邊長(zhǎng)為338nm三棱鏡結(jié)構(gòu)Fe3O4納米晶體。實(shí)施例十ー種合成三棱鏡結(jié)構(gòu)四氧化三鐵納米晶體的方法，步驟如下步驟I :將IM陰離子単體、4m0l%交聯(lián)劑甲叉雙丙烯酰胺以及O. Imol^引發(fā)劑過(guò)硫酸銨，通過(guò)熱引發(fā)的自由基聚合反應(yīng)合成交聯(lián)密度在4mol%的陰離子高分子水凝膠，陰離子單體為聚丙烯酸；步驟2 :稱(chēng)取一定摩爾比的ニ價(jià)鐵鹽與三價(jià)鐵鹽加入燒杯中，ニ價(jià)鐵鹽與三價(jià)鐵鹽的摩爾比為4 1，加入去離子水配制成濃度為O. 4M鐵離子溶液，ニ價(jià)鐵鹽為硝酸亞鐵Fe (NO3) 2，三價(jià)鐵鹽為硫酸鐵硝酸鐵Fe (NO3) 3 ；
步驟3 :將步驟I中所述的陰離子水凝膠浸泡到步驟2中所述的鐵離子溶液中，陰離子水凝膠質(zhì)量與鐵離子溶液的體積比為3g 10ml，在室溫下浸泡24h，使鐵離子吸附到陰離子水凝膠網(wǎng)絡(luò)中；步驟4 :在燒杯中配制I. 5mol的堿溶液10ml，堿包括氫氧化鈉、氫氧化鉀或氨水；步驟5 :向步驟3中裝有吸附了鐵離子的水凝膠和鐵離子溶液的燒杯通入氮?dú)庵敝脸ト芤褐械难鯕猓瑫r(shí)也向步驟4的堿溶液的燒杯中通入氮?dú)庵敝脸ト芤褐械难鯕?，再將步驟3中吸附了鐵離子的水凝膠浸泡到步驟4的堿溶液中；步驟6 :將步驟5的浸泡有水凝膠的堿溶液的pH值調(diào)節(jié)為11，水浴加熱至40°C，在氮?dú)鈿夥障潞銣乇３?h，在陰離子高分子水凝膠網(wǎng)絡(luò)中原位合成Fe3O4納米晶體；步驟7:將包裹Fe3O4納米晶體的陰離子高分子水凝膠用蒸餾水清洗、真空干燥后，馬弗爐中燒結(jié)直至去除高分子水凝膠后，合成得到三棱鏡結(jié)構(gòu)Fe3O4納米晶體的黒色粉末。本實(shí)施例所得最終產(chǎn)品用透射電子顯微鏡觀察到平均邊長(zhǎng)為269nm三棱鏡結(jié)構(gòu)Fe3O4納米晶體。實(shí)施例i^ 一ー種合成三棱鏡結(jié)構(gòu)四氧化三鐵納米晶體的方法，步驟如下步驟I :將IM陰離子単體、45m0l%交聯(lián)劑甲叉雙丙烯酰胺以及O. Imol^引發(fā)劑α -酮戍ニ酸，通過(guò)365nm紫外光引發(fā)的自由基聚合反應(yīng)合成交聯(lián)密度在O. 5_15mol%的陰離子高分子水凝膠，陰離子單體為甲基丙烯酸；步驟2 :稱(chēng)取一定摩爾比的ニ價(jià)鐵鹽與三價(jià)鐵鹽加入燒杯中，ニ價(jià)鐵鹽與三價(jià)鐵鹽的摩爾比為4 1，加入去離子水配制成濃度為O. 4M鐵離子溶液，ニ價(jià)鐵鹽為硫酸亞鐵FeSO4，三價(jià)鐵鹽為硫酸鐵(Fe2(SO4)3)；步驟3 :將步驟I中所述的陰離子水凝膠浸泡到步驟2中所述的鐵離子溶液中，陰離子水凝膠質(zhì)量與鐵離子溶液的體積比為3g 10ml，在室溫下浸泡24h，使鐵離子吸附到陰離子水凝膠網(wǎng)絡(luò)中；步驟4 :在燒杯中配制I. Omol的堿溶液10ml，堿包括氫氧化鈉；步驟5 :向步驟3中裝有吸附了鐵離子的水凝膠和鐵離子溶液的燒杯通入氮?dú)庵敝脸ト芤褐械难鯕猓瑫r(shí)也向步驟4的堿溶液的燒杯中通入氮?dú)庵敝脸ト芤褐械难鯕?，再將步驟3中吸附了鐵離子的水凝膠浸泡到步驟4的堿溶液中；步驟6 :將步驟5的浸泡有水凝膠的堿溶液的pH值調(diào)節(jié)為11，水浴加熱至40°C，在氮?dú)鈿夥障潞銣乇３?h，在陰離子高分子水凝膠網(wǎng)絡(luò)中原位合成Fe3O4納米晶體；步驟7:將包裹Fe3O4納米晶體的陰離子高分子水凝膠用蒸餾水清洗、真空干燥后，馬弗爐中燒結(jié)直至去除高分子水凝膠后，合成得到三棱鏡結(jié)構(gòu)Fe3O4納米晶體的黒色粉末。本實(shí)施例所得最終產(chǎn)品用透射電子顯微鏡觀察到平均邊長(zhǎng)為306nm三棱鏡結(jié)構(gòu)Fe3O4納米晶體。實(shí)施例十二ー種合成三棱鏡結(jié)構(gòu)四氧化三鐵納米晶體的方法，步驟如下步驟I :將IM陰離子単體、10mOl%交聯(lián)劑甲叉雙丙烯酰胺以及O. Imol^引發(fā)劑α-酮戊ニ酸，通過(guò)熱引發(fā)的自由基聚合反應(yīng)合成交聯(lián)密度在IOmol %的陰離子高分子水凝膠，陰離子單體為甲基丙烯酸；步驟2 :稱(chēng)取一定摩爾比的ニ價(jià)鐵鹽與三價(jià)鐵鹽加入燒杯中，ニ價(jià)鐵鹽與三價(jià)鐵鹽的摩爾比為4 1，加入去離子水配制成濃度為O. 2Μ鐵離子溶液，ニ價(jià)鐵鹽為硫酸亞鐵FeSO4,三價(jià)鐵鹽為硫酸鐵Fe2 (SO4) 3 ；步驟3 :將步驟I中所述的陰離子水凝膠浸泡到步驟2中所述的鐵離子溶液中，陰離子水凝膠質(zhì)量與鐵離子溶液的體積比為3g 20ml，在室溫下浸泡24h，使鐵離子吸附到陰離子水凝膠網(wǎng)絡(luò)中；步驟4 :在燒杯中配制I. Omol的堿溶液10ml，堿為氫氧 化鈉；步驟5 :向步驟3中裝有吸附了鐵離子的水凝膠和鐵離子溶液的燒杯通入氮?dú)庵敝脸ト芤褐械难鯕?，同時(shí)也向步驟4的堿溶液的燒杯中通入氮?dú)庵敝脸ト芤褐械难鯕猓賹⒉襟E3中吸附了鐵離子的水凝膠浸泡到步驟4的堿溶液中；步驟6 :將步驟5的浸泡有水凝膠的堿溶液的pH值調(diào)節(jié)為11，水浴加熱至40°C，在氮?dú)鈿夥障潞銣乇３?3h，在陰離子高分子水凝膠網(wǎng)絡(luò)中原位合成Fe3O4納米晶體；步驟7:將包裹Fe3O4納米晶體的陰離子高分子水凝膠用蒸餾水清洗、真空干燥后，馬弗爐中燒結(jié)直至去除高分子水凝膠后，合成得到三棱鏡結(jié)構(gòu)Fe3O4納米晶體的黒色粉末。本實(shí)施例所得最終產(chǎn)品用透射電子顯微鏡觀察到平均邊長(zhǎng)為147nm三棱鏡結(jié)構(gòu)Fe3O4納米晶體。
權(quán)利要求
1.一種合成三棱鏡結(jié)構(gòu)四氧化三鐵納米晶體的方法，其特征在于，步驟如下 步驟I :將IM陰離子單體、0. 5-15mol%交聯(lián)劑甲叉雙丙烯酰胺以及0. lmol%引發(fā)劑a -酮戊二酸或過(guò)硫酸銨，通過(guò)365nm紫外光引發(fā)或熱引發(fā)的自由基聚合反應(yīng)合成交聯(lián)密度在0. 5-15mol%的陰離子高分子水凝膠，陰離子單體基團(tuán)包括磺酸基、磺酸基鹽、苯磺酸基、苯磺酸基鹽、磷酸基、磷酸基鹽、羧酸基或羧酸基鹽，陰離子單體分為天然和合成陰離子水凝膠； 步驟2:稱(chēng)取一定摩爾比的二價(jià)鐵鹽與三價(jià)鐵鹽加入燒杯中，二價(jià)鐵鹽與三價(jià)鐵鹽的摩爾比為2 1-4 1，加入去離子水配制成濃度為0. 2M-0. 4M鐵離子溶液，二價(jià)鐵鹽為硫酸亞鐵FeSO4、氯化亞鐵FeCl2、硝酸亞鐵Fe (NO3) 2或含結(jié)晶水的上述鐵鹽，三價(jià)鐵鹽為硫酸鐵(Fe2 (SO4) 3)、氯化鐵(FeCl3)、硝酸鐵(Fe(NO3)3)或含結(jié)晶水的上述鐵鹽； 步驟3 :將步驟I中所述的陰離子水凝膠浸泡到步驟2中所述的鐵離子溶液中，陰離子水凝膠質(zhì)量與鐵離子溶液的體積比為3g 10ml-3g 30ml，在室溫下浸泡6-24h，使鐵離子吸附到陰離子水凝膠網(wǎng)絡(luò)中； 步驟4 :在燒杯中配制0. 5mol-l. 5mol的堿溶液10ml，堿包括氫氧化鈉、氫氧化鉀或氨水； 步驟5 :向步驟3中裝有吸附了鐵離子的水凝膠和鐵離子溶液的燒杯通入氮?dú)庵敝脸ト芤褐械难鯕猓?，同時(shí)也向步驟4的堿溶液的燒杯中通入氮?dú)庵敝脸ト芤褐械难鯕?，再將步驟3中吸附了鐵離子的水凝膠浸泡到步驟4的堿溶液中； 步驟6 :將步驟5的浸泡有水凝膠的堿溶液的pH值調(diào)節(jié)為11，水浴加熱至40°C，在氮?dú)鈿夥障潞銣乇３?-18h，在陰離子高分子水凝膠網(wǎng)絡(luò)中原位合成Fe3O4納米晶體； 步驟7:將包裹Fe3O4納米晶體的陰離子高分子水凝膠用蒸餾水清洗、真空干燥后，馬弗爐中燒結(jié)直至去除高分子水凝膠后，合成得到三棱鏡結(jié)構(gòu)Fe3O4納米晶體的黑色粉末。
全文摘要
一種合成三棱鏡結(jié)構(gòu)四氧化三鐵納米晶體的方法，步驟如下步驟1將陰離子單體、交聯(lián)劑甲叉雙丙烯酰胺以及引發(fā)劑通過(guò)聚合反應(yīng)合成高分子水凝膠；步驟2配制鐵離子溶液；步驟3水凝膠浸泡到鐵離子溶液中；步驟4配制堿溶液；步驟5向步驟3通入氮?dú)?，向步驟4通入氮?dú)?，再將水凝膠浸泡到堿溶液中；步驟6調(diào)節(jié)堿溶液的pH值，水浴加熱在氮?dú)庀潞銣乇３郑铣蒄e3O4納米晶體；步驟7清洗、干燥，合成得到三棱鏡結(jié)構(gòu)Fe3O4納米晶體的黑色粉末，本發(fā)明對(duì)原料要求簡(jiǎn)單，不需添加任何有機(jī)試劑，無(wú)污染；此外，所需設(shè)備簡(jiǎn)單，成本低，反應(yīng)溫度低，操作簡(jiǎn)便，產(chǎn)率高，產(chǎn)品重現(xiàn)性好，易于實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。
文檔編號(hào)B82Y40/00GK102659190SQ20121011277
公開(kāi)日2012年9月12日 申請(qǐng)日期2012年4月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月17日
發(fā)明者楊志懋, 陳詠梅, 高揚(yáng) 申請(qǐng)人:西安交通大學(xué)