一种溶剂热制备单分散Fe3O4纳米粒子的方法

摘要

本发明公开了一种溶剂热制备单分散Fe3O4纳米粒子的方法。本发明所提供的制备单分散Fe3O4纳米粒子的方法，是将有机金属铁盐在脂肪酸、脂肪胺和有机溶剂的混合体系中进行反应，得到单分散Fe3O4纳米粒子。本发明以脂肪酸、脂肪胺和有机溶剂构成混合体系，以有机金属铁盐为原料，来制备单分散Fe3O4纳米粒子。本发明方法工艺简单，操作安全，适用性广，克服了已有合成路线制备得到的颗粒粒径不均一、严重团聚等问题，所获得的Fe3O4纳米粒子尺寸均一、粒径分布狭窄、并呈现出良好的单分散特点，在磁存储器件，生物医学肿瘤靶向定位方面具有广阔的应用前景。

说明书

技术领域

本发明涉及一种溶剂热制备单分散Fe₃O₄纳米粒子的方法，属于无机材料制备工艺技术领域。

背景技术

近年来，有关磁性纳米粒子的制备方法及性质的研究备受瞩目，这是由于磁性纳米粒子具有特殊的物理特性，在磁记录材料、微波吸收材料和磁性液体等实际应用中有着广泛的用途。目前已经发展了多种合成单分散Fe₃O₄纳米粒子的方法。Markovich等人2001年在《Wiley Interscience》上报道了Fe²⁺和Fe³⁺的氯化物以一定的比例混合后，用过量的NH₃·H₂O或NaOH等溶液作为沉淀剂，合成粒径在10nm左右的纳米Fe₃O₄粒子(Adv.Mater.2001，13，1158-1161)；Sun和Zeng等人2004年在《美国化学会会志》上报道了用iron(III)acetylacetonate(Fe(acac)₃)在hexadecanediol-oleic acid-oleylamine体系中，高温热分解制备Fe₃O₄纳米晶的方法(J.Am.Chem.Soc.2004，126，273-279)；清华大学李亚栋等人2005年报道了在hexane-oleic acid-laurylamine体系中，以无机铁盐为原料合成Fe₃O₄纳米晶的方法，粒径在5～13nm(Crys.Growth Desi.2005，5，391-393)。开发一种尺寸可控性好、粒径分布狭窄，形貌均一，具有良好单分散性的Fe₃O₄纳米晶的制备方法是材料制备领域的一项挑战。

发明内容

本发明的目的是提供一种制备尺寸可控性好、粒径分布狭窄，形貌均一，具有良好单分散性的Fe₃O₄纳米粒子的方法。

本发明的目的是通过以下方式实现的。

一种溶剂热制备单分散Fe₃O₄纳米粒子的方法的具体步骤是：先将有机金属铁盐溶于有机溶剂中，混合后再加入脂肪酸、脂肪胺，搅拌均匀后通入惰性气体，在200～280℃下反应1.5～14h。

所述脂肪酸与脂肪胺的摩尔比为1∶1～10；所述有机金属铁盐的物质的量与有机溶剂的体积的比为1∶20～25。

所述的有机溶剂为一缩二乙二醇或十八烯；所述的有机金属铁盐为乙酰丙酮铁。

所述的脂肪酸为油酸，所述的脂肪胺为油胺。

所述的惰性气体为氩气。

通入氩气10分钟后密封反应釜，先升温至200℃，保温30分钟，再升温至220～260℃下反应2～12h效果较好。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及突出性效果：本发明采用有机金属铁盐为原料，有机脂肪酸和脂肪胺作保护剂，在惰性气体保护下采用溶剂热的方法，制备出大量廉价的单分散Fe₃O₄纳米粒子。本发明中有机长链脂肪酸和脂肪胺的加入，在Fe₃O₄纳米粒子的形成过程中起着表面活性剂和保护剂的作用。脂肪酸的加入有效地防止了磁性粒子间的团聚，同时脂肪胺作为表面活性剂和弱还原剂为单分散Fe₃O₄纳米粒子的形成提供了必要的条件。惰性气体的保护，防止了杂质Fe₂O₃的引入，为产物的形成提供了必要的环境。该方法中以一缩二乙二醇或十八烯作溶剂，避免了已有合成路线中醚类溶剂剧毒性所带来的环境污染问题，合成过程中采用两步升温，使得晶核形成和晶体生长处于平衡状态，实现产品的粒径均一性。本发明方法工艺简单，操作安全，适用性广，原料中掺入其它有机金属盐(如乙酰丙酮钴)，可以得到多种其它单分散铁酸盐。由于产品形貌均一，粒径分布狭窄，具有良好单分散的特点，在磁存储器件，生物医学肿瘤靶向定位方面具有广阔的应用前景。

附图说明

图1为实施例1所制备的四氧化三铁的X射线粉末衍射图；

图2为实施例1所制备的四氧化三铁的TEM电镜检测图；

图3为实施例2所制备的四氧化三铁的TEM电镜检测图；

图4为实施例3所制备的四氧化三铁的TEM电镜检测图；

图5为实施例4所制备的四氧化三铁的TEM电镜检测图；

图6为实施例5所制备的四氧化三铁的TEM电镜检测图；

图7为实施例6所制备的四氧化三铁的TEM电镜检测图；

图8为实施例7所制备的四氧化三铁的TEM电镜检测图；

图9为实施例8所制备的四氧化三铁的TEM电镜检测图；

图10为实施例9所制备的四氧化三铁的TEM电镜检测图；

图11为实施例10所制备的四氧化三铁的TEM电镜检测图。

具体实施方式

以下实施例旨在进一步说明本发明，而非限制本发明。

实施例1

称取0.3532g乙酰丙酮铁溶于20ml一缩二乙二醇中，量取1.2ml油酸和3.3ml油胺加入到上述溶液中，搅拌均匀后移入到40ml反应釜中，向反应釜中通入氩气10分钟，通气完毕后密封反应釜，先升温至200℃，保温30分钟，再升温至260℃，保温2小时。将反应得到的产物经离心分离、洗涤、干燥后得到黑色粉末。如图1所示产物经X射线粉末衍射鉴定为四氧化三铁；用透射电子显微镜(TEM)对四氧化三铁进行形貌分析，从图2中可以看出其形貌为单分散纳米颗粒，粒径在8-9nm之间。

实施例2

称取0.3532g乙酰丙酮铁溶于20ml一缩二乙二醇中，量取1.2ml油酸和1.3ml油胺加入到上述溶液中，搅拌均匀后移入到40ml反应釜中，向反应釜中通入氩气10分钟，通气完毕后密封反应釜，先升温至200℃，保温30分钟，再升温至260℃，保温2小时。将反应得到的产物经离心分离、洗涤、干燥后得到黑色粉末。用透射电子显微镜(TEM)对四氧化三铁进行形貌分析，从图3中可以看出其形貌为单分散纳米颗粒，粒径在5-20nm之间。

实施例3

称取0.3532g乙酰丙酮铁溶于20ml一缩二乙二醇中，量取1.2ml油酸和5.3ml油胺加入到上述溶液中，搅拌均匀后移入到40ml反应釜中，向反应釜中通入氩气10分钟，通气完毕后密封反应釜，先升温至200℃，保温30分钟，再升温至260℃，保温2小时。将反应得到的产物经离心分离、洗涤、干燥后得到黑色粉末。用透射电子显微镜(TEM)对四氧化三铁进行形貌分析，从图4中可以看出其形貌为单分散纳米颗粒，粒径在6-10nm之间。

实施例4

称取0.3532g乙酰丙酮铁溶于20ml一缩二乙二醇中，量取0.32ml油酸和3.3ml油胺加入到上述溶液中，搅拌均匀后移入到40ml反应釜中，向反应釜中通入氩气10分钟，通气完毕后密封反应釜，先升温至200℃，保温30分钟，再升温至260℃，保温2小时。将反应得到的产物经离心分离、洗涤、干燥后得到黑色粉末。用透射电子显微镜(TEM)对四氧化三铁进行形貌分析，从图5中可以看出其形貌为单分散纳米颗粒，粒径在8-12nm之间。

实施例5

称取0.3532g乙酰丙酮铁溶于20ml一缩二乙二醇中，量取1.2ml油酸和3.3ml油胺加入到上述溶液中，搅拌均匀后移入到40ml反应釜中，向反应釜中通入氩气10分钟，通气完毕后密封反应釜，先升温至200℃，保温30分钟，再升温至220℃，保温2小时。将反应得到的产物经离心分离、洗涤、干燥后得到黑色粉末。用透射电子显微镜(TEM)对四氧化三铁进行形貌分析，从图6中可以看出其形貌为单分散纳米颗粒，粒径在6-14nm之间。

实施例6

称取0.3532g乙酰丙酮铁溶于20ml一缩二乙二醇中，量取1.2ml油酸和3.3ml油胺加入到上述溶液中，搅拌均匀后移入到40ml反应釜中，向反应釜中通入氩气10分钟，通气完毕后密封反应釜，先升温至200℃，保温30分钟，再升温至240℃，保温2小时。将反应得到的产物经离心分离、洗涤、干燥后得到黑色粉末。用透射电子显微镜(TEM)对四氧化三铁进行形貌分析，从图7中可以看出其形貌为单分散纳米颗粒，粒径在6-8nm之间。

实施例7

称取0.3532g乙酰丙酮铁溶于20ml一缩二乙二醇中，量取1.2ml油酸和3.3ml油胺加入到上述溶液中，搅拌均匀后移入到40ml反应釜中，向反应釜中通入氩气10分钟，通气完毕后密封反应釜，先升温至200℃，保温30分钟，再升温至260℃，保温6小时。将反应得到的产物经离心分离、洗涤、干燥后得到黑色粉末。用透射电子显微镜(TEM)对四氧化三铁进行形貌分析，从图8中可以看出其形貌为单分散纳米颗粒，粒径在8-12nm之间。

实施例8

称取0.3532g乙酰丙酮铁溶于20ml一缩二乙二醇中，量取1.2ml油酸和3.3ml油胺加入到上述溶液中，搅拌均匀后移入到40ml反应釜中，向反应釜中通入氩气10分钟，通气完毕后密封反应釜，先升温至200℃，保温30分钟，再升温至260℃，保温12小时。将反应得到的产物经离心分离、洗涤、干燥后得到黑色粉末。用透射电子显微镜(TEM)对四氧化三铁进行形貌分析，从图9中可以看出其形貌为单分散纳米颗粒，粒径在10-14nm之间。

实施例9

称取0.3532g乙酰丙酮铁溶于22ml一缩二乙二醇中，量取1.2ml油酸和5.3ml油胺加入到上述溶液中，搅拌均匀后移入到40ml反应釜中，向反应釜中通入氩气10分钟，通气完毕后密封反应釜，先升温至200℃，保温30分钟，再升温至260℃，保温2小时。将反应得到的产物经离心分离、洗涤、干燥后得到黑色粉末。用透射电子显微镜(TEM)对四氧化三铁进行形貌分析，从图10中可以看出其形貌为单分散纳米颗粒，粒径在10-16nm之间。

实施例10

称取0.3532g乙酰丙酮铁溶于25ml十八烯中，量取1.2ml油酸和3.3ml油胺加入到上述溶液中，搅拌均匀后移入到40ml反应釜中，向反应釜中通入氩气10分钟，通气完毕后密封反应釜，先升温至200℃，保温30分钟，再升温至260℃，保温2小时。将反应得到的产物经离心分离、洗涤、干燥后得到黑色粉末。用透射电子显微镜(TEM)对四氧化三铁进行形貌分析，从图11中可以看出其形貌为单分散纳米颗粒，粒径在9-14nm之间。