一种磁场诱导磁性纳米线的制备方法

摘要

一种磁场诱导磁性纳米线的制备方法，它涉及一种磁性纳米线的制备方法。本发明解决了现有的Fe

说明书

技术领域

本发明涉及一种磁性纳米线的制备方法

背景技术

纳米线是物质在纳米尺度上的一种特殊结构，它在空间有两维处于纳米尺度。现有的纳米线种类很多，磁性纳米线作为纳米材料的成员之一因其优异的磁学性能而得到广泛的应用。其中磁性Fe₃O₄纳米线和尖晶石型铁酸盐纳米线在磁性记录介质、光催化、磁流体、颜料染料等许多领域都有重要的应用价值。

目前磁性Fe₃O₄纳米线和尖晶石型铁酸盐纳米线的制备方法中，溶胶-凝胶法和采用磁场辅助的水热方法所获得的纳米线产率较低，纳米线直径范围较广，且产物中常含有大量的纳米颗粒，品质较差；采用表面活性剂辅助的水热方法在反应过程中引入表面活性剂或聚合物，不仅增加了反应的复杂性，还会对合成的产物及环境造成污染。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有的磁性Fe₃O₄纳米线和尖晶石型铁酸盐纳米线的制备方法操作复杂、成本高、纳米线产率低的问题，而提供一种磁场诱导磁性纳米线的制备方法。

本发明的一种磁场诱导磁性纳米线的制备方法，按以下步骤进行：一、用蒸馏水、三氯化铁和二价金属氯化物配制金属离子总浓度为0.01～0.5mol/L的金属离子溶液，其中三氯化铁与二价金属氯化物的质量比为2∶1，将氢氧化钠或氨水加入到蒸馏水中配制浓度为0.5～5mol/L的碱溶液，将硫代硫酸钠、硼氢化钠或水合肼加入到蒸馏水中配制浓度为0.2～2mol/L的水溶性还原剂溶液；二、将金属离子溶液、碱溶液和水溶性还原剂溶液进行混合，将混合溶液装入密封反应釜，然后置于磁场热处理炉中反应2～10h，磁场强度为0.1～0.4T，反应温度为120～200℃，得反应产物；三、将反应产物在室温下先用蒸馏水洗涤4～6次，再用无水乙醇洗涤1～2次，然后在50～60℃干燥1～10h，即得到磁性纳米线；其中步骤一所述的二价金属氯化物为二氯化铁、氯化锰、氯化锌、氯化钴、氯化镍中的任意一种；步骤二中碱溶液与金属离子溶液的摩尔比为1～5∶1，水溶性还原剂溶液与金属离子溶液的摩尔比为1～10∶1；制备的磁性纳米线为Fe₃O₄纳米线、MnFe₂O₄纳米线、ZnFe₂O₄纳米线、CoFe₂O₄纳米线或NiFe₂O₄纳米线。

本发明的方法利用外加磁场诱导磁性纳米线的生长，无特殊温度要求，避免了能源浪费；操作简单，不使用毒害性的表面活性剂和昂贵的原材料，保护了环境，节约了成本；使用本发明的方法制备的磁性纳米线产率为95.6～99.9％。

具体实施方式

本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。

具体实施方式一：本实施方式的磁场诱导磁性纳米线的制备方法，按以下步骤进行：一、用蒸馏水、三氯化铁和二价金属氯化物配制金属离子总浓度为0.01～0.5mol/L的金属离子溶液，其中三氯化铁与二价金属氯化物的质量比为2∶1，将氢氧化钠或氨水加入到蒸馏水中配制浓度为0.5～5mol/L的碱溶液，将硫代硫酸钠、硼氢化钠或水合肼加入到蒸馏水中配制浓度为0.2～2mol/L的水溶性还原剂溶液；二、将金属离子溶液、碱溶液和水溶性还原剂溶液进行混合，将混合溶液装入密封反应釜，然后置于磁场热处理炉中反应2～10h，磁场强度为0.1～0.4T，反应温度为120～200℃，得反应产物；三、将反应产物在室温下先用蒸馏水洗涤4～6次，再用无水乙醇洗涤1～2次，然后在50～60℃干燥1～10h，即得到磁性纳米线；其中步骤一所述的二价金属氯化物为二氯化铁、氯化锰、氯化锌、氯化钴、氯化镍中的任意一种；步骤二中碱溶液与金属离子溶液的摩尔比为1～5∶1，水溶性还原剂溶液与金属离子溶液的摩尔比为1～10∶1；制备的磁性纳米线为Fe₃O₄纳米线、MnFe₂O₄纳米线、ZnFe₂O₄纳米线、CoFe₂O₄纳米线或NiFe₂O₄纳米线。

本实施方式步骤一所使用的三氯化铁、二氯化铁、氯化锰、氯化锌、氯化钴、氯化镍、氢氧化钠、氨水、硫代硫酸钠、硼氢化钠和水合肼为市场销售的分析纯化学试剂。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤一中配制金属离子总浓度为0.05～0.45mol/L的金属离子溶液。其它步骤与参数与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：步骤一中配制金属离子总浓度为0.1～0.3mol/L的金属离子溶液。其它步骤与参数与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：步骤一中配制金属离子总浓度为0.2mol/L的金属离子溶液。其它步骤与参数与具体实施方式一至三之一相同。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：步骤一中配制浓度为1～4mol/L的碱溶液。其它步骤与参数与具体实施方式一至四之一相同。

具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是：步骤一中配制浓度为2～3mol/L的碱溶液。其它步骤与参数与具体实施方式一至五之一相同。

具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是：步骤一中配制浓度为0.5～1.5mol/L的水溶性还原剂溶液。其它步骤与参数与具体实施方式一至六之一相同。

具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是：步骤一中配制浓度为1mol/L的水溶性还原剂溶液。其它步骤与参数与具体实施方式一至七之一相同。

具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同的是：步骤二中碱溶液与金属离子溶液的摩尔比为2～4∶1。其它步骤与参数与具体实施方式一至八之一相同。

具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一至九之一不同的是：步骤二中水溶性还原剂溶液与金属离子溶液的摩尔比为2～8∶1。其它步骤与参数与具体实施方式一至九之一相同。

具体实施方式十一：本实施方式与具体实施方式一至十之一不同的是：步骤二中水溶性还原剂溶液与金属离子溶液的摩尔比为4～6∶1。其它步骤与参数与具体实施方式一至十之一相同。

具体实施方式十二：本实施方式与具体实施方式一至十一之一不同的是：步骤二中置于磁场热处理炉中反应4～8h。其它步骤与参数与具体实施方式一至十一之一相同。

具体实施方式十三：本实施方式与具体实施方式一至十二之一不同的是：步骤二中置于磁场热处理炉中反应6～7h。其它步骤与参数与具体实施方式一至十二之一相同。

具体实施方式十四：本实施方式与具体实施方式一至十三之一不同的是：步骤二中磁场强度为0.2～0.3T。其它步骤与参数与具体实施方式一至十三之一相同。

具体实施方式十五：本实施方式与具体实施方式一至十四之一不同的是：步骤二中反应温度为140～180℃。其它步骤与参数与具体实施方式一至十四之一相同。

具体实施方式十六：本实施方式与具体实施方式一至十五之一不同的是：步骤二中反应温度为160℃。其它步骤与参数与具体实施方式一至十五之一相同。

具体实施方式十七：本实施方式与具体实施方式一至十六之一不同的是：步骤三中在52～58℃干燥2～8h。其它步骤与参数与具体实施方式一至十六之一相同。

具体实施方式十八：本实施方式与具体实施方式一至十七之一不同的是：步骤三中在55℃干燥4～6h。其它步骤与参数与具体实施方式一至十七之一相同。

具体实施方式十九：本实施方式的磁场诱导磁性纳米线的制备方法，按以下步骤进行：一、用蒸馏水、三氯化铁和二氯化铁配制金属离子总浓度为0.2mol/L的金属离子溶液，其中三氯化铁与二氯化铁的质量比为2∶1，将氢氧化钠加入到蒸馏水中配制浓度为3mol/L的碱溶液，将硫代硫酸钠加入到蒸馏水中配制浓度为0.8mol/L的水溶性还原剂溶液；二、将金属离子溶液、碱溶液和水溶性还原剂溶液进行混合，将混合溶液装入密封反应釜，然后置于磁场热处理炉中反应9h，磁场强度为0.2T，反应温度为160℃，得反应产物；三、将反应产物在室温下先用蒸馏水洗涤5次，再用无水乙醇洗涤2次，然后在58℃干燥7h，即得到磁性纳米线；步骤二中碱溶液与金属离子溶液的摩尔比为2∶1，水溶性还原剂溶液与金属离子溶液的摩尔比为6∶1。

本实施方式制备的磁性纳米线为Fe₃O₄纳米线，产率为96.9％。

具体实施方式二十：本实施方式的磁场诱导磁性纳米线的制备方法，按以下步骤进行：一、用蒸馏水、三氯化铁和二氯化铁配制金属离子总浓度为0.08mol/L的金属离子溶液，其中三氯化铁与二氯化铁的质量比为2∶1，将氨水加入到蒸馏水中配制浓度为1.5mol/L的碱溶液，将硼氢化钠加入到蒸馏水中配制浓度为1.2mol/L的水溶性还原剂溶液；二、将金属离子溶液、碱溶液和水溶性还原剂溶液进行混合，将混合溶液装入密封反应釜，然后置于磁场热处理炉中反应7h，磁场强度为0.4T，反应温度为200℃，得反应产物；三、将反应产物在室温下先用蒸馏水洗涤5次，再用无水乙醇洗涤1次，然后在55℃干燥6h，即得到磁性纳米线；步骤二中碱溶液与金属离子溶液的摩尔比为4∶1，水溶性还原剂溶液与金属离子溶液的摩尔比为5∶1。

本实施方式制备的磁性纳米线为Fe₃O₄纳米线，产率为98.5％。

具体实施方式二十一：本实施方式的磁场诱导磁性纳米线的制备方法，按以下步骤进行：一、用蒸馏水、三氯化铁和二氯化铁配制金属离子总浓度为0.4mol/L的金属离子溶液，其中三氯化铁与二氯化铁的质量比为2∶1，将氨水加入到蒸馏水中配制浓度为4mol/L的碱溶液，将水合肼加入到蒸馏水中配制浓度为2mol/L的水溶性还原剂溶液；二、将金属离子溶液、碱溶液和水溶性还原剂溶液进行混合，将混合溶液装入密封反应釜，然后置于磁场热处理炉中反应2h，磁场强度为0.3T，反应温度为160℃，得反应产物；三、将反应产物在室温下先用蒸馏水洗涤5次，再用无水乙醇洗涤1次，然后在55℃干燥4h，即得到磁性纳米线；步骤二中碱溶液与金属离子溶液的摩尔比为3∶1，水溶性还原剂溶液与金属离子溶液的摩尔比为7∶1。

本实施方式制备的磁性纳米线为Fe₃O₄纳米线，产率为99.9％。

具体实施方式二十二：本实施方式的磁场诱导磁性纳米线的制备方法，按以下步骤进行：一、用蒸馏水、三氯化铁和氯化锰配制金属离子总浓度为0.2mol/L的金属离子溶液，其中三氯化铁与氯化锰的质量比为2∶1，将氢氧化钠加入到蒸馏水中配制浓度为5mol/L的碱溶液，将硼氢化钠加入到蒸馏水中配制浓度为1mol/L的水溶性还原剂溶液；二、将金属离子溶液、碱溶液和水溶性还原剂溶液进行混合，将混合溶液装入密封反应釜，然后置于磁场热处理炉中反应10h，磁场强度为0.1T，反应温度为140℃，得反应产物；三、将反应产物在室温下先用蒸馏水洗涤6次，再用无水乙醇洗涤2次，然后在53℃干燥10h，即得到磁性纳米线；步骤二中碱溶液与金属离子溶液的摩尔比为5∶1，水溶性还原剂溶液与金属离子溶液的摩尔比为2∶1。

本实施方式制备的磁性纳米线为MnFe₂O₄纳米线，产率为96.7％。

具体实施方式二十三：本实施方式的磁场诱导磁性纳米线的制备方法，按以下步骤进行：一、用蒸馏水、三氯化铁和氯化锌配制金属离子总浓度为0.5mol/L的金属离子溶液，其中三氯化铁与氯化锌的质量比为2∶1，将氨水加入到蒸馏水中配制浓度为3mol/L的碱溶液，将硼氢化钠加入到蒸馏水中配制浓度为1mol/L的水溶性还原剂溶液；二、将金属离子溶液、碱溶液和水溶性还原剂溶液进行混合，将混合溶液装入密封反应釜，然后置于磁场热处理炉中反应2h，磁场强度为0.4T，反应温度为160℃，得反应产物；三、将反应产物在室温下先用蒸馏水洗涤6次，再用无水乙醇洗涤1次，然后在56℃干燥8h，即得到磁性纳米线；步骤二中碱溶液与金属离子溶液的摩尔比为3∶1，水溶性还原剂溶液与金属离子溶液的摩尔比为9∶1。

本实施方式制备的磁性纳米线为ZnFe₂O₄纳米线，产率为99.3％。

具体实施方式二十四：本实施方式的磁场诱导磁性纳米线的制备方法，按以下步骤进行：一、用蒸馏水、三氯化铁和氯化钴配制金属离子总浓度为0.3mol/L的金属离子溶液，其中三氯化铁与氯化钴的质量比为2∶1，将氨水加入到蒸馏水中配制浓度为1mol/L的碱溶液，将水合肼加入到蒸馏水中配制浓度为0.9mol/L的水溶性还原剂溶液；二、将金属离子溶液、碱溶液和水溶性还原剂溶液进行混合，将混合溶液装入密封反应釜，然后置于磁场热处理炉中反应6h，磁场强度为0.3T，反应温度为190℃，得反应产物；三、将反应产物在室温下先用蒸馏水洗涤5次，再用无水乙醇洗涤1次，然后在60℃干燥4h，即得到磁性纳米线；步骤二中碱溶液与金属离子溶液的摩尔比为1∶1，水溶性还原剂溶液与金属离子溶液的摩尔比为3∶1。

本实施方式制备的磁性纳米线为CoFe₂O₄纳米线，产率为98.4％。

具体实施方式二十五：本实施方式的磁场诱导磁性纳米线的制备方法，按以下步骤进行：一、用蒸馏水、三氯化铁和氯化镍配制金属离子总浓度为0.4mol/L的金属离子溶液，其中三氯化铁与氯化镍的质量比为2∶1，将氢氧化钠加入到蒸馏水中配制浓度为0.6mol/L的碱溶液，将硫代硫酸钠加入到蒸馏水中配制浓度为1.8mol/L的水溶性还原剂溶液；二、将金属离子溶液、碱溶液和水溶性还原剂溶液进行混合，将混合溶液装入密封反应釜，然后置于磁场热处理炉中反应5h，磁场强度为0.3T，反应温度为180℃，得反应产物；三、将反应产物在室温下先用蒸馏水洗涤5次，再用无水乙醇洗涤1次，然后在60℃干燥6h，即得到磁性纳米线；步骤二中碱溶液与金属离子溶液的摩尔比为5∶1，水溶性还原剂溶液与金属离子溶液的摩尔比为6∶1。

本实施方式制备的磁性纳米线为NiFe₂O₄纳米线，产率为95.6％。