1、化学沉淀法制备纳米粒子的实例,主讲人：,应化0702 何志鑫,实例：化学共沉淀法制备四氧化三铁纳米粒子 Fe3O4 nanoparticles prepared by chemical coprecipitation method,Contents,1、应用背景,2、实验制备,3、纳米 Fe3O4 粒子的表征,4、结果与讨论,5、参考文献,应用背景,随着纳米技术的发展 ,有关磁性纳米粒子的制备方法及性质受到极大的重视.四氧化三铁纳米粒子作为磁记录材料、磁流体的基本材料、特殊催化剂原料、功能材料和磁性颜料等方面显示出许多特殊的功能 。 目前 ,制备纳米四氧化三铁的方法有很多 ,如水热反应法 ,中
2、和沉淀法 ,化学共沉淀法 ,沉淀氧化法 , r - ray 辐照法 ,微波辐射法 等 ,其中以共沉淀法最为简便.本实验采用化学共沉淀法制备纳米 Fe3 O4 粒子 ,并讨论了铁盐浓度、沉淀剂浓度对微粒粒径的影响。,2,实验制备,1、1试剂及仪器： FeCl3 6H2O (AR) ;FeSO4 7H2O (AR) NH3 H2O (AR) ; D/ MAX2C 型 X射线扫描仪(XRD) ;TEX2100SX型透射 电子显微镜(TEM).,1、2 实验原理： 将二价铁盐(FeSO4 7H2O)和三价铁盐(FeCl3 6H2O) 按一定 比例混合 ,加入沉淀剂(NH3 H2O) ,搅拌 ,反应 一
3、段时间即得到纳米 Fe3O4 粒子 ,反应式为: Fe2+ 2Fe3+ 8NH3H2O = Fe3O4+ 8NH4 + 4H2O 由反应式可看出 ,反应的理论摩尔比为 Fe2+Fe3+ = 12 但由于二价铁离子容易氧化成三价铁离子 ,所以实际反应中 二价铁离子应适当过量.,1.3 四氧化三铁的制备 将一定量的二价铁盐(FeSO47H2O)和三价铁盐(FeCl36H2O)混合溶液加入到三口烧瓶中,滴液漏斗中加入一定浓度的沉淀剂 NH3H2O ,在氮气氛下将氨水溶液加到反应体系中,使体系的pH 10 ,剧烈搅拌 ,水浴恒温搅拌 30 min 后结束反应 ,用蒸馏水反复洗涤直至中性 ,倾去上层清液
4、 ,在 60 下真空干燥后 ,研磨即得纳米 Fe3O4 粒子.,3,纳米 Fe3O4 粒子的表征,2.1 XRD 分析 图 1 为纳米 Fe3 O4 粒子的衍射图 ,图中的衍射峰出现在2=30,35,42,62.5处 ,分别对应立方相 Fe3 O4 的(220) ,(311) ,(400) ,(440)晶面.由 Scherrer 公式: D =/cos.式中为射线波长 ,为峰形因子,D 为晶体的平均粒径,为衍射角,为校正后的半峰宽.值取决于几个因素 ,其值一般取0.89.取2为 35时的半峰宽算出纳米 Fe3O4 粒子的平均粒径为 8.8 nm.,2.2 TEM分析 图 2 为纳米Fe3O4粒
5、子的透射电镜图片. 图中磁性Fe3O4粒子大小较均一 ,形状为球形 ,粒子粒径为 1020 nm. TEM 得到粒子的平均粒径比 XRD 的大 ,这是由于Scherrer公式算出的粒径为Fe3O4晶体的平均粒径 ,而 TEM 看到的粒子可能是多个Fe3O4晶体的团聚体.,4,结果与讨论,3.1 Fe2+、Fe3+ 溶液浓度对产物粒径的影响 在反应体系温度为 40 ,二价铁盐和三价铁盐的物质的量比为11 , c(Fe2+) =c(Fe3+), NH3H2O 浓度为 1 mol/L ,搅拌速度恒定的条件下,考察了铁盐溶液浓度对Fe3O4 粒子粒径的影响 ,结果如表 1 所示.,由表 1 可知 ,当
6、铁盐浓度很小时 ,产物颜色呈现出黑褐色 ,其原因为Fe2+离子在低浓度时更易被氧化成Fe3+离子 ,从而使实际参加反应离子的比例发生变化 ,而生成其他的杂质 .在铁盐浓度很低时 ,晶核成长速率较小及成长过程较短 ,所以产物粒径降低.随着铁盐浓度增加 ,晶核粒径逐渐增大 ,生成粒子粒径也逐渐增大.,3.2 氨水浓度对产物粒径的影响 在反应体系温度为 40 ,二价铁盐和三价铁盐的物质的量比为11 ,铁盐溶液浓度为 0.25 mol/L(CFe2+=CFe3+) ,搅拌速度恒定的条件下 ,考察了氨水浓度对Fe3O4粒子粒径的影响 ,结果如表 2 所示.,由表 2 可知 ,当氨水浓度增大时 ,粒子平均粒径增大. 如果氨水浓度增加 , 就有许多未反应的NH3 H2O附着在粒子表面 ,从而使产物粒径增大.,参考文献,5,Thank you for your attention,Jason Cook,
