课程名称：纳米科学与技术
课程编号：
10SAU9009
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论 文 题
目
三氧化二铁纳米粉末
纳米三氧化二铁的研究进展 摘要：三氧化二铁纳米材料因其独特的物理化学性质，在光催化、锂离子电池、超级电容器等方面有着广泛的应用。随着科学技术的不断发展和对合成材料的迫切需求，纳米三氧化二铁的制备方法也不断推陈出新，本文全面总结了制备三氧化二铁纳米粉末的一些常用方法及其优缺点，介绍了三氧化二铁纳米粉末的应用方向。
关键词：三氧化二铁；纳米粉末；制备；性能；应用
Study progress of i ron(III) oxide nanostructure
Abstract ：Ferric oxide nanomaterials because of its unique physical and chemical properties, in the light catalysis, lithium ion battery and super capacitor has been
widely used.With the continuous development of science and technology and the urgent demand for composite materials, the preparation methods of nano ferric oxide is constantly. This paper comprehensively summarizes the preparation of ferric oxide nano powder of some commonly used methods and their advantages and disadvantages, this paper introduces the application direction of ferric oxide nano powder.
Keyword：i ron(III) oxide；synthesis；property；application
1.引言与背景
纳米技术、信息技术及生物技术将成为21世纪经济发展的三大支柱。纳米材料是纳米技术的基础,现在已经广泛地应用于光学、医学、信息通讯、计算机技术、环境与能源、军事、航天和航空领域等,多学科多领域在纳米尺度上的相互交叉展现了巨大的生命力。它代表着今后人类科学和技术发展的趋势,将成为人类在21世纪的主导科学。纳米材料的尺寸介于微观的原子和分子与宏观块体材料之间，它的比表面积大，原子排列、自旋磁结构、电子云结构等与块体材料比有变化，导致其物理化学性质也发生了变化。人们对纳米材料的研究，不仅是因为它们的尺度小，更是因为在小尺度下，会出现许多不一样的性质，比如表面效应，库仑电阻效应，能级分裂等。[1]
1.1铁的氧化物
铁的氧化物作为金属氧化物的一种，是非常重要的无机功能材料，是仅次于钛白粉的第二大无机颜料。广泛应用于各领域，如涂料、橡胶、玻璃、陶瓷、塑料、化妆品等行业。同时，它可以用作抛光剂、催化剂、磁流体、磁记录材料、气敏元件等。铁的氧化物的形貌及其相关性质的研究已成为材料工作者的重要
工作内容。铁的氧化物按价态、晶型和结构的不同可以分为氧化亚铁(FeO)、氧化铁(Fe2O3)和四氧化三铁(Fe3O4)。氧化铁(Fe2O3)是一种红棕色粉末，俗称铁红，它可用作油漆的颜料等。它有三种类型：α-Fe2O3，β-Fe2O3和γ-Fe2O3，第一种和第三种比较有应用价值。
2三氧化二铁(α-Fe2O3)
α-Fe2O3简称氧化铁,俗称“赤铁矿”,是一种常见的铁氧化物。氧化铁结构为刚玉型,禁带宽度为2.2eV,在可见光下具有很强的吸收,是一种重要的n型半导体材料。由于α-Fe2O3在室温下很稳定,合成成本低廉,抗腐烛能力强,环境污染小等优点,因此被广泛应用于磁性记录、铁氧体的制备原料等。纳米尺寸的α-Fe2O3
由于具有纳米材料的比表面大、尺寸小等特点,致使在化学性质上有更胜于块体氧化铁,如化学性质更稳定、催化活性高,还具有耐光、对紫外线屏蔽等性能。因此纳米氧化铁被广泛用于化学催化,光催化环境处理[5],锂离子电池超级电容器材料[2],临床医疗等方面。
2.1三氧化二铁纳米的性质
2.1.1 光学性质
当纳米氧化铁达到100nm 左右的粒径时，粒子对可见光没有散射能力、遮盖能力降低，理论上可见光完全透过，因此呈现出透明的状态，而且对紫外线还具有较强的吸收性能[1]，因此我们称其为透明氧化铁。
2.1.2超顺磁性质
磁性铁氧化材料主要是软磁氧化铁（α-Fe2O3）和磁记录氧化铁（γ-Fe2O3）α-Fe2O3在室温下主要表现出弱铁磁性，而当其粒子粒径小于8nm 时，在温下就会表现出超顺磁的性质[1]。γ-Fe2O3在室温下表现出铁磁性，其粒径小于10nm 的时候，就会表现出超顺磁的特性[1]。
3制备方法
国内外已经探索出多种方法制备三氧化二铁纳米粉末，包括物理方法、化学方法以及化学物理方法。化学方法包括空气氧化法、溶胶-凝胶法、均匀沉淀法、胶体化学法、强迫水解法、水热法、电化学合成法、反萃取法等；物理制备方法包括超临界流体干燥法、冷冻干燥法、微波辐射法、喷雾热分解法。从初始
原料中铁的存在价态上看，制备α-Fe2O3的途径可以分为两类：一类是从Fe2+发，在不同的氧化剂、沉淀剂的作用下，将Fe2+氧化成Fe3+制备α-Fe2O3。另一类是直接从Fe3+出发，采取不同的实验条件得到α-Fe2O3，如图1-1所示。
图1-1 α-Fe2O3制备路线图
3.1均匀沉淀法
许多人研究发现，利用均匀沉淀的原理，使铁化合物和氨类化合物在水溶液[13]或非水溶液中反应，控制反应条件，也可以制备氧化铁。铁化合物可以是硫酸亚铁或硫酸铁，氯化亚铁或氯化铁等。氨类化合物可以是尿素等。非水溶剂的选择要根据原料及对产物的要求不同来选择，一般为极性溶剂。水解温度必须严格控制，温度过高水分蒸发过快，体系浓度难以控制，同时铁盐的水解加剧，易出现成核不均的现象。温度过低，则不利于水解的进行。该方法的优点是水解反应发生时，氨类化合物加热产生的NH4+、OH-。等，可以促进和控制铁盐的水解，达到快速均匀成核的目的，从而可以减少强水解带来的杂质。另外由于反应在非水溶剂中进行，干燥时不易结块，使颜料的分散性得到了改善。Patil 等人[14]在300mL 酒精溶剂中加入45g的FeCl2?4H20，60 ℃下加热使之溶解，然后加入15g尿素和5mL 水，反应，回流3h，最后过滤、洗涤、干燥后得氧化铁黄。将冷却回流后所得初产品升温至200℃，持续4h，处理可得三氧化二铁纳米粉末。
3.2氧化沉淀法
氧化沉淀法以二价铁盐为原料，所以在制备过程当中要通过氧化来实现从Fe2+到Fe3+的转化。根据先氧化后沉淀和先沉淀后氧化过程的不同，我们将其分为酸法和碱法。
酸法是在酸性条件下，先氧化后沉淀的过程，常见的有空气氧化法、过氧化氢以及氯酸盐氧化法。空气氧化法包括晶种的制备和晶体生长两个阶段，即首先用低于理论量的碱将亚铁离子沉淀为Fe(OH)2，通空气氧化制得FeOOH 晶种，然后将晶种引入亚铁盐溶液中，继续通空气，Fe2+被直接氧化为FeOOH，并沉积在晶种上使晶体不断长大。Pitzer 等[3]发现对晶种进行热处理，使之熟化一定时间，可以使纳米氧化铁在颜色饱和度方面有一定程度的改善，一般热处理温度在50 ℃至沸点之间，熟化时间由熟化温度、pH 值及晶核大小决定。根据目标产物的不同，要控制不同的氧化沉淀温度，如80～85 ℃较适合α-FeOOH 氧化铁黄的生成，温度过低，颜色饱和度下降，温度过高，Fe2+扩散速度比较快，易生成黑色的Fe3O4。另外，酸法合成产物中易引入阴离子杂质，如SO42-。等，它们的存在可使作为颜料的纳米氧化铁透明性下降。Pitzer 等[14]采用后处理的方法，将干燥前的初产品重新悬浮于一定浓度的氢氧化钠溶液中，控制一定的反应温度和搅拌时间，过滤洗涤数次以除掉杂质，处理后产物中SO42-的含量降低了82.6％，颜料的透明性得到了很大程度的提高。与空气氧化不同，氯酸盐氧化法的氧化和沉淀过程是完全分离的。氯酸盐首先将二价铁氧化为三价铁后，然后加碱得Fe(OH)3无定型胶体，最后将胶体转化为稳定的FeOOH。在反应过程当中，随着氧化温度的升高，转化率也逐渐提高，一般温度控制在65～75℃，转化率可达99％以上。无定型胶体转化为热力学更稳定的晶体是整个反应中至关重要的一步，王之平等[4]在胶体中加入适量硫酸铁和单质铁，85℃下保温使浆液pH达 3.5～4.0，很好的实现了无定形胶体到FeOOH 的转化，这可能是硫酸铁和单质铁反应产生的FeOOH 在晶型转化过程中起到了晶种的作用，大大加速了转化速率。转化终点控制在弱酸范围内，一则可使硫酸铁和单质铁的反应顺利进行，二则可以控制晶核的形成以及晶粒的生长，得到粒径均匀的纳米氧化铁粒子。此外，为了防止粒子团聚，改善粒子的沉降过滤性能，所得产物需进行表面处理，表面活性剂通常选用烷基磺酸盐类和苯基胍类。化工涂料部研究所用氯酸盐氧化法生产了纺锤状，长径比为3~4，粒度为10～50nm 的粉
状纳米氧化铁黄。除氯酸盐外，还可用高锰酸钾等氧化二价铁为三价铁。
碱法是先沉淀后氧化的过程，在复合添加剂存在下，向Fe(II)化合物中加入碱性沉淀剂如氢氧化钠、氨水、碳酸盐等，得到Fe(OH)2或FeCO3沉淀，然后通空气氧化，最后过滤水洗、干燥煅烧[18]。通过控制添加剂种类和用量、反应温度、氧化速率以及煅烧温度等条件可以得到各种颜色不同、晶型不同的纳米级氧化铁。复合添加剂主要包括稳定剂和晶型转化促进剂，稳定剂如乙二酸、酒石酸等可以防止Fe2+氧化为Fe3+，保证Fe(OH)2沉淀时无Fe(OH)3的生成，这样可得到单一形貌，粒度分布均匀的产物。常见的晶型转化促进剂有硫酸盐、磷酸盐及多元醇等。碱法由于碱过量，可以使产品含阴离子杂质低，易于分散，这是较酸法的优越之处。但是，如果原料含金属阳离子杂质，它们与铁共沉淀时，会严重影响产物质量。如Mn 杂质被共沉时，在铁黄中产生脏的绿色度，在铁红中产生脏的棕色度；而当有害金属杂质被共沉时，则不能在食品包装和化妆品中应用。所以，当原料中杂质不易除去时，不宜用碱法。此外，文献[11]利用亚硝酸盐在反应中产生NO2、NO 对空气氧化进行催化，大大加快了反应的进程。Patil 等[15]研究发现，在原料二价铁盐中加入氟化盐可显著提高氧化铁颜料的着色强度。
3.3胶溶-相转移法
相转移法制备超微粒子是在20 世纪80 年代初由日本学者伊藤征司郎等人[6]提出来的，其制各纳米氧化铁的过程一般分为溶胶形成和相转移两步。加碱到三价铁盐溶液中制成透明的Fe(OH)3水溶胶，然后引入阴离子表面活性剂，由于表面活性剂在水溶液中电离，产生的负离子团与带正电的胶体粒子发生电中和，使得胶体粒子表面形成有机薄层从而使之具有亲油憎水性，再经有机溶剂萃取相转移得有机溶胶，减压蒸馏，干燥即得产品。李大成等[6]选择在新沉淀、洗涤后的Fe(OH)3中加入FeCl3溶液进行胶溶的方法制各水溶胶。新生成的Fe(OH)3胶体沉淀具有很大的表面积和表面能，是热力学不稳定体系，加入与其具有相同阳离子的FeCl3电介质溶液可以使沉淀重新分散，形成溶胶。采取这样的方法可以有效的去除原料中及沉淀吸附杂质离子的影响。Fe(OH)3沉淀应迅速胶溶，否则沉淀老化，则不能再胶溶。杨隽等[6]也报道了胶溶-相转移法制备氧化铁超微粒子。但是由于有机溶剂易燃，有毒，产品成本较高，因此必须考
虑有机溶剂的循环使用，来降低成本，防止环境污染。
3.4溶胶-凝胶法
溶胶-凝胶法(sol-gel)是以无机铁盐或金属醇盐为原料，经过水解，醇解或聚合形成溶胶，溶胶在一定条件下脱水形成凝胶，再经干燥、热处理形成纳米氧化铁的过程。基于无机铁盐溶胶的凝胶化在脱水过程中极易造成粒子团聚长大的考虑，通常加入十二烷基磺酸钠(SDS)等表面活性剂作为稳定剂。胶凝作用是由溶胶中胶体颗粒之间的范德华力、静电力和布朗运动等表面上的物理作用力以及空间相互作用力所决定的，受溶液浓度、pH 值、反应温度、催化剂种类等很多因素的影响，控制不好就会生成粒状沉淀物。Sugimoto[23]等人用溶胶-凝胶技术制备均分散α-Fe2O3胶粒时发现，体系中预先加入α-Fe2O3的晶种可使胶凝时间大为缩短，粒子体积减小。醇盐凝胶化是利用醇盐水解和缩聚来完成的，金属醇盐先进行水解反应，而后再进行分子间的缩聚，两个反应交叉进行，水解过程中包含缩聚反应，而缩聚产物也会发生水解反应。在缩聚反应中，溶胶粒子相互交联，溶胶粘度不断增加，粘性液体会突然变为弹性凝胶，随进一步缩合，凝胶聚合度增加，最终形成三维网络。凝胶的干燥是溶胶-凝胶过程的关键性环节，除传统的加热干燥、减压干燥外，冷冻干燥、超临界流体干燥技术也已应用于溶胶-凝胶法制备纳米氧化铁。[23-24]
3.5强制水解法
强制水解法是利用金属盐溶液强迫水解制备单分散纳米粒子的一种重要方法。通常利用稀的Fe3+离子水溶液在95-100 ℃下加热强制水解生成氧化铁结构。王伟课题组利用FeC13和HCl为原料，100 ℃水浴下制备了多种形貌的Fe2O3纳米粒子见图Fig.1.1。[8]
Fig.1.1. TEM images of as-synthesized hematite nanocrystals by a slow nucleation process atvarious aging times of (a) 15 min, (b) 1 h, (c) 4h, (d) 8 h, (e) 16 h, and (f) 48 h at 100 °C. Theinitial reactant concentrations were 1×10-2M FeCl3and 2×10-3M HCl
3.6 水热法
高温、高压下，在水、醇等一些有机溶剂中，非平衡的条件下进行的化学反应过程称之为水热法。，以水为溶剂，在一定温度和水的自身压强下，原始混合物进行反应制备微粉的方法。由于在高温高压水热条件下，特别是当温度超过水的临界温度(647.2 K) 和临界压力(22.06 MPa) 时，水处于临界状态，物质在水中的物性和化学反应性能均发生很大的变化，因此水热化学反应异于常态。一些热力学分析可能发生的，但在常温常压下受动力学影响进行缓慢的反应，在水热条件下变得可行。这是由于在水热条件下，可加速水溶液中的离子反应和促进水解反应、氧化还原反应、晶化反应等的进行。作为热力学上自发进行的过程，铁的羟基配合物易转化为比较稳定的FeOOH，FeOOH 脱水可进而转化为更加稳定的Fe2O3，由于这两步自发反应的速度都非常慢，所以通常在水热体系下来改变其相转化条件以加速反应的进行。研究表明以FeCl3为原料，水热合成的过程中Fe2O3的结晶和晶体生长是极其复杂的，同一晶体表现出不同结晶形态，这不仅仅是晶体内部结构在三维空间上的反映，而且与外部
生长环境密切相关。水热反应中制得的纳米材料结晶化好、粒度小、粒径分布窄、不易团聚、容易得到新颖结构。近年来，水热法制备纳米材料日益受到人们普遍的关注。王德宝课题组利用简单的水热方法合成出了不同形貌的α-Fe2O3微球,见图Fig.1.2
Fig.1.2. SEM images of the Fe2O3sample in different magnification (8.6×
10-2mol/L of Fe3+,150 ℃, 16 h).
3.7水解法
3.7.1沸腾回流水解法
沸腾回流水解法该法多以FeCl3或Fe(NO3)3?9H20 为原料，在当搅拌下，沸腾回流一定时间制备纳米氧化铁。回流前通常加入一些结晶助剂如HEDP[27]、NaH2PO4、柠檬酸、酒石酸、二膦苷酸等来控制晶体生长。结晶助剂与Fe3+的络合，降低了Fe3+的水解速度，更易于得到表面平滑，粒径均匀的氧化铁粒子。不同的结晶助剂和浓度对晶体形貌的影响都不同，这与它们的络合能力以及在晶核上吸附的空间构型有关，如磷酸根的吸附可以得到纺锤形粒子，在一定酸度下，HEDP 吸附可以诱发氧化铁晶须的生成。回流反应体系pH不能太高或太低，太高则生成的粒子粗糙，粒径大；太低则不利于水解的进行，产率低，所以反应一般在弱酸性条件下进行。回流时间、原料浓度等对产物的形貌也有重要的影响，随回流时间的延长，粒子主要在沿着偶磁矩的方向逐渐长大，当然形状也会发生相应的改变[4]。另外，研究中还发现Na2SO3[4]以及一些金属阳离子如Sn4+、Fe2+可对FeOOH 的相转化起到催化作用，且对粒径及晶体形貌
无影响。魏雨等[31]通过试验表明，Fe2+首先吸附于Fe(OH)3或FeOOH 的表面，通过电子转移氧化还原反应，加速了FeOOH的溶解，促进了相转化的进行。回流法是在沸腾水动态环境中进行反应，内部粒子的相对运动加速，反应时间较传统强迫水解法及溶胶-凝胶法大大缩短，但能耗较高。
3.7.2微波水解法
作为一种加热方法，微波辐射从1986 年起就开始在化学领域得以应用。微波辐射制备纳米氧化铁利用了微波的“内加热效应”，在高频率的电磁场作用下，反应物中的极性分子接受辐射能量而产生高速度的旋转运动(数十亿次／秒)，由此产生的内热极有利Fe(OH)3凝胶(或沉淀) 的溶解和重结晶过程，再加上微波对六水合羟基铁明显的脱水作用，也促使了Fe2O3晶核的形成，大大缩短了相转化的时间。反应过程中加入Na2PO4、溴化十六烷基三甲(CTAB)、三乙烯四胺(TETA)、N, N﹣二甲基酰胺、聚乙烯吡咯啉酮(PVP)等可以很好地控制粒径及晶型，作用机理同沸腾回流法。微波水解法比常规水解法制得的粒子小，产率高，较溶胶-凝胶法则大大缩短了陈化时间。[19-23]
3.8干法
干法具有工艺短、操作环境好、产品质量较好等特点。但是其技术难度较大，对设备要求比较高。干法又可以分为气相法和固相法。
3.8.1气相法
气相法在制备纳米粒子的方法占有重要的地位。他分为化学气相沉积法和物理气相沉积法。化学气相沉积法主要是利用挥发性的金属氧化物或者金属单质蒸汽通过化学反应生成化所需产物，它又可以分为气相氧化、气相热解、气相水解等。物理气相沉积法，是利用电弧、高频或者等离子体高温热源将氧化物加热，使之汽化，然后聚成纳米粒子。气相法通常用羰基铁[Fe(CO)5]或二茂铁[FeCP2]为原料。譬如：用N2把Fe(CO)5从蒸发室带入600℃的燃烧室中，然后高速喷入高速流的空气。经过充分反应后，将所得产品经骤冷、旋风分离得到超细颜料粒子[6]。所得产品平均粒径在5～10nm，比表面积为150m2/g，而且其热稳定性和分散性良好。气相法优点是设备简单，反应条件容易控制，颗粒分散性较好、粒径小、分布窄，已有部分材料形成工业化生产。但是其缺点是：产率低、成本较高、粉末收集困难。
3.8.2固相法
纳米氧化物的固相制备方法有机械粉碎发和固相化学反映法。机械粉碎法是利用介质和物料间相互研磨和冲击，以达到超细化，但是难使粒径小于100nm。固相化学法合成纳米是指把金属盐或金属氧化物按配方充分混合，研磨后进行煅烧，然后再进行研磨得到纳米粒子。邱春喜[7]用Fe(NO3)·9H2O 和NaOH 固-固反应直接制备了纳米三氧化二铁。用此种方法，需要注意研磨的力度、研磨的时间以及灼烧的温度和时间参数。固相法可以简化合成工艺，而且不需要高温处理，可以避免粒子团聚，是一种廉价简易的新方法。
3.9微乳液法
微乳液法是利用两种互不相溶的溶剂在表面活性剂的作用下形成一个均匀的乳液，从乳液中析出固相, 以使成核、生长、聚结、团聚等过程局限在一个微小的球形液滴中, 从而形成球形颗粒, 又避免了进一步团聚。徐甲强等[ 17] 以FeCl3为原料，以一定比例在溴化十六烷基三甲胺( CT-MAB ) /正丁醇/环己烷/H2O 微乳体系中混合均匀, 经处理制得α- Fe2O3纳米粒子。微乳液法实验装置简单，能耗低，操作容易，所得纳米粒子粒径分布窄易于实现高纯化，且分散性、界面性和稳定性好。与其它方法相比粒径易于控制，适用面广，但工艺操作较难控制。
4.三氧化二铁纳米粉末的性能与应用前景
4.1气敏特性与应用
由于表面效应，当外界环境发生变化时，粒子表面或界面上的离子价态和电子随着外界环境的变化而变化，可将纳米α-Fe2O3制成灵敏的传感器，研究发现它们对易燃或者有毒气体的检测有良好的气敏性质的，用于氢气、乙醇、一氧化碳及其他有毒气体的检测。Zhang等[9]人用α-Fe2O3纳米材料研究对乙醇的传感特性,结果发现,在28℃下对50ppni的乙醇的反应时间只需要1s。
4.2电化学特性与应用
研究发现α-Fe2O3纳米纳米材料可以作为锂离子电池的阳极材料,并且形状对其电化学性能有很大影响，锂离子的嵌入性能和晶体的结构有关，它能嵌入到晶体结构的内层，隧道，孔道等[10]。对于纳米级α-Fe2O3材料，晶体表面的孔
道允许其他的原子或分子，比如锂离子进入。如果通过增加纳米级α-Fe2O3材料的比表面积或者使之成为多孔结构可以更好的改善锂离子的嵌入性能。因此，近期有许多课题组开展了纳米级α-Fe2O3材料应用在锂离子电池方面的研究工作。Wang等人利用模板法制备得到α-Fe2O3空心球,用作为锂离子电极材料,经过测试发现经过循环充/放电100次之后其电容仍保持710mAhg-1不变。
4.3磁性特性与应用
α-Fe2O3常常用于合成磁性材料Fe3O4和γ-Fe2O3的原料，通常不能被直接用作磁性材料。我们知道，材料的磁性依赖于很多因素，如材料的形貌，材料的尺寸，材料的晶体结构等等。同块体材料的α-Fe2O3相比，由于形貌和粒子大小的不同，纳米级别的α-Fe2O3常常表现出不同寻常的磁性行为。近期的一些工作认为α-Fe2O3纳米材料可能出现一些强烈的依赖于其形貌和结构的磁学性质，可能对于进一步理解磁性的来源和机理有着重要的意义。[19-23]
4.4催化特性与应用
α-Fe2O3是一种半导体材料,其作为光催化剂已经吸引了U内外研究者越来越多的关注。Qiu等[22]人利用微波辅助水热法制备到了尺寸大小约为5nm的α-Fe2O3纳米粒子,用于催化CO、2-丙醇转化为CO2,结果发现当气流量为10min-1、反应温度达到170℃时能使CO完全转化为CCh,即使反应长达16h后产率仍保持不变，并且对催化反应后的α-Fe2O3纳米材料进行了TEM表征,结果发现α-Fe2O3纳米材料的形貌几乎没发生变化，说明α-Fe2O3催化反应体系中保持了很好的稳定性。Wang等[24]人以α-Fe2O3纳米粒子光催化降解藏红T和焚光黄，结果显示α-Fe2O3纳米粒子对它们均有很好的催化降解功能。
5结论与展望
制备三氧化二铁纳米粉末的方法，除了前文提到的氧化沉淀法、溶胶-凝胶法、均匀沉淀法、微乳液法、强迫水解法、水热法、沸腾回流水解法、微波水解法，还包括空气氧化法、模板法、反萃取法等；上述制备三氧化二铁纳米粉末的方法均有利弊：强迫水解法水解浓度低，需在沸腾下进行耗能大；均匀沉淀法、氧化沉淀法制备的纳米氧化粉体，反应条件温和、成本低，易于工业化生产，其最大难题是纳米粉体的团聚问题；胶体化学法虽然可以有效的防止纳米微粒
聚集，但是这种方法有机溶剂易燃、有毒，产品成本高；微乳液法能耗低，操作容易，且分散性、界面性和稳定性好，与其它方法相比粒径易于控制，适用面广，但工艺操作较难控制。因此应综合考虑选用合适的制备三氧化二铁纳米粉末的方法，并进一步研究出工艺设备简单成本低的制备方法。
纳米三氧化二铁具有纳米材料的优异性能且成本低，在光催化、锂离子电池、超级电容器等方面有着广泛的应用开发前景；随着科学技术的不断发展和对合成材料的迫切需求，纳米氧化铁的制备方法也不断推陈出新，各种方法不断交叉渗透，取长补短，力求制备出性能优异的纳米氧化铁颗粒。
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[19] 韩晓斌, 黄丽, 回峥. 微波水解法制各针形α-Fe2O3纳米粒子[J]．无机材料学报，1999，14(4): 669-673．
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课题名称MITobj004 姓名 院系 专业班级 指导教师 2009 年10 月01 日
摘要纳米氧化铁的制备方法有沉淀法、固液气相法、水热法、凝胶—溶胶法、共混包埋法、单体聚合法等.。本文通过分析比较各种纳米氧化铁的制备方法, 水热法由于操作简单、粒子可控等优点广泛应用于自分散氧化物的制备研究中。 关键词水热法，沉淀法，固液气相法，比较 前言 定，催化活性高，具有良好的耐光性、耐候性和对紫外线的屏蔽性，在精细陶瓷、塑料制品、涂料、催化剂、磁性材料以及医学和生物工程等方面有着广泛的应用价值和前景，因此研究纳米氧化铁有着很重要的意义。由于纳米氧化铁具有如此多的优点及其广泛的应用前景，近年来国内外研究者对其制备和应用投入了大量的研究工作。本文综述了纳米氧化铁制备方法的一些研究进展，分析了当前急需解决的问题，并对今后发展做了展望。重点介绍了水热法制备纳米氧化铁材料，以及在铁离子浓度、PH值、水解时间分别不同的情况下的水解程度。【1】 文献综述 国内外研究现状： 我国纳米材料和纳米结构的研究已有10年的工作基础和工作积累，在“八五”研究工作的基础上初步形成了几个纳米材料研究基地，科院上海硅酸盐研究所、南京大学、科院固体物理所、科院金属所、物理所、国科技大学、清华大学和科院化学所等已形成我国纳米材料和纳米结构基础研究的重要单位。无论从研究对象的前瞻性、基础性，还是成果的学术水平和适用性来分析，都为我国纳米材料研究在国际上争得一席之地，促进我国纳米材料研究的发展，培养高水平的纳米材料研究人才做出了贡献。在纳米材料基础研究和应用研究的衔接，加快成果转化也发挥了重要的作用。目前和今后一个时期内这些单位仍然是我国纳米材料和纳米结构研究的坚力量。【2】 近年来美国纳米技术研究与产品开发发展迅速。如医学领域的纳米医药机器人、纳米定向药物载体、纳米在基因工程蛋白质合成中的应用，微电子及信息技术领域的导电聚合物在信息技术的应用、纳米电子元器件FET二极管、用于感应器的电子序列、纳米传感器，化工领域的利用纳米材料提高催化剂的效能等，都取得了很大进展。 日本科学家在2003年12月发现，当温度降到极端低时，非常接近于一维金属的碳纳米管的电阻急剧增大，变成绝缘体，与普通金属的导电性截然相反。从
第一章综述 1.1 概述 1.1.1 氧化铁的性质 纳米科学技术是20世纪80年代末诞生并崛起的新科技，它的基本内涵是指在-9-7）范围内认识和改造自然，通过直接和安排原子，分子创造1010～纳米尺寸（新物质，以及改造原有物质使其具有新的性质[1]。纳米材料具有量子尺寸效应，小尺寸效应，表面效应及宏观量子隧道效应等基本特性[1]。这些基本特性使纳米材料具有不同与常规材料的潜在的物理，化学性质，因此引起人们的广泛兴趣。纳米氧化铁( nano- sized iron oxide) 具有良好的耐候性、耐光性、磁性 和对紫外线具有良好的吸收和屏蔽效应, 可广泛应用于闪光涂料、油墨、塑料、皮革、汽车面漆、电子、高磁记录材料、催化剂以及生物医学工程等方面, 且可望开发新的用途[2，3]。 通常，铁的氧化物及其羟基氧化物均归属于氧化铁系列化合物，按价态，晶型结构的不同可以分为（α-﹑β-﹑γ-）FeO ﹑FeO ﹑FeO 和（α-﹑β-﹑γ-） 4323FeOOH.按色泽又可以分为，红﹑黄﹑橙﹑棕﹑黑。较具实用价值的有，α- FeO32﹑β- FeO ﹑α- FeOOH﹑FeO等。43321.1.2 氧化铁的应用 1 纳米氧化铁在装饰材料中的应用 在颜料中, 纳米氧化铁又被称为透明氧化铁( 透铁) 。所谓透明, 并非特指粒子本身的宏观透明, 而是指将颜料粒子分散在有机相中制成一层漆膜( 或称油膜) , 当光线照射到该漆膜上时, 如果基本不改变原来的方向而透过漆膜, 就称该颜料粒子是透明的。透明氧化铁主要有5 个品种, 即透铁红、黄、黑、绿、棕。透明氧化铁颜料因其有0.01μm 的粒径, 因而具有高彩度、高着色力和高透明度, 经特殊的表面处理后具有良好的研磨分散性。透明氧化铁颜料可用于油化与醇酸、氨基醇酸、丙烯酸等漆料制成透明色漆, 有良好的装饰性。此种透明漆既可单独, 也可和其他有机彩色颜料的色浆相混, 如加入少量非浮性的铝粉浆则可制成有闪烁感的金属效应漆; 与不同颜色的底漆配套, 可用于汽车、自行车、仪器、仪表、木器等要求高的装饰性场合。透铁颜料强烈吸收紫外线的特性使其可作为塑料中紫外线屏蔽剂,而用于饮料、医药等包装塑料中。纳米FeO 在32 1 静电屏蔽涂料中也有广阔的应用前景, 日本松下公司已研制成功具有良好静电屏蔽的FeO 纳米涂料。这种具有半导体特性的纳米粒子在室温下具有比常规的23氧化物高的导电性, 因而能起到静电屏蔽作用。 2 纳米氧化铁在油墨材料中的应用 透铁黄可用于罐头外壁的涂装, 透铁红油墨为红金色, 特别适合罐头内壁用, 加之透铁红耐300 ℃的高温, 是油墨中难得的颜料珍品。为提高钞票的印制质量, 往往在印钞油墨中加入纳米氧化铁颜料来保证钞票的色度和彩度等指标。 3 纳米氧化铁在着色剂中的应用 随着人们生活水平的提高, 人们越来越重视医药、化妆品、食品中使用的着色剂, 无毒着色剂成了人们关注的焦点。纳米氧化铁在严格控制砷和重金属含量的情况
毕业设计(论文)开题报告 学生姓名：高盛学号：P1001130908 所在学院：浦江学院 专业：化学工程与工艺 设计(论文)题目：纳米氧化铁制备及改性研究 指导教师：陈洪龄教授 2017 年3月2日
开题报告填写要求 1．开题报告（含“文献综述”）作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计（论文）工作前期内完成，经指导教师签署意见及所在专业审查后生效； 2．开题报告内容必须用黑墨水笔工整书写或按教务处统一设计的电子文档标准格式（可从教务处网页上下载）打印，禁止打印在其它纸上后剪贴，完成后应及时交给指导教师签署意见； 3．“文献综述”应按论文的格式成文，并直接书写（或打印）在本开题报告第一栏目内，学生写文献综述的参考文献应不少于15篇（不包括辞典、手册）； 4．有关年月日等日期的填写，应当按照国标GB/T 7408—94《数据元和交换格式、信息交换、日期和时间表示法》规定的要求，一律用阿拉伯数字书写。如“2004年4月26日”或“2004-04-26”。
毕业设计（论文）开题报告 1．结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写2000字左右的文献综述： 文献综述 一．课题背景及研究意义 纳米技术（nanotechnology）[1]是一种用单个原子、分子制造物质的科学技术。常常会表现出与其块状材料迥异的光、电、磁等物理特性及独特的化学性质，这就产生了四个方面的效应：小尺寸效应、表面效应、宏观量子隧道效应及量子尺寸效应。纳米科学技术是以许多现代先进科学技术为基础的科学技术，它是现代科学（混沌物理、量子力学、介观物理、分子生物学）和现代技术（计算机技术、微电子和扫描隧道显微镜技术、核分析技术）结合的产物。 氧化铁可用于油漆、橡胶、塑料、建筑等的着色，是无机颜料，在涂料工业中用作防锈颜料。用作橡胶、人造大理石、地面水磨石的着色剂，塑料、石棉、人造革、皮革揩光浆等的着色剂和填充剂，精密仪器、光学玻璃的抛光剂及制造磁性材料铁氧体元件的原料等。 二．课题研究方向 1氧化铁纳米颗粒的合成 氧化铁纳米材料由于其独特的超顺磁性质，成为目前生物医学领域应用较为广泛的一类纳米材料，在磁共振成像和肿瘤治疗方面有着很大的优势。合成路线可以分为三种：物理，化学和生物方法。化学方法是生产氧化铁纳米颗粒的最被引用的方法。 1.1氧化铁纳米颗粒合成的物理方法 生产氧化铁纳米颗粒的物理方法是自上而下的方法，这涉及将大颗粒制动成纳米颗粒尺寸。已经报道了生产氧化铁纳米颗粒的不同物理方法，例如粉末和球磨，以及电子束光刻方法。虽然物理方法适合于大规模生产，但是难以控制合成粒子的尺寸。 粉末和球磨法 机械粉末和球磨技术也称为机械化学或机械合金化技术。它利用冲击将微米尺寸的铁前体还原为纳米尺寸。颗粒在围绕其轴线旋转的中空圆柱壳内产生。它被作为研磨介
齐鲁工业大学 外文翻译 院系名称：材料科学与工程学生姓名：乔宁 专业班级：材化10-2 学号：201007021047 指导老师：夏国栋
燃烧法直接合成氧化铁纳米粉体：反应机理和性能 Kishori 德什潘德，亚历山大Mukasyan ，和Arvind 尔马 化学与生物分子工程系，分子工程材料中心、圣母大学、圣玛丽，印第安纳州46556，与化学工程学院、普渡大学、西拉斐特，印第安纳州47907 2100 接收于2004年3月23日 不同的氧化物溶液燃烧合成涉及自我持续的反应(如，金属硝酸盐) 的氧化剂和燃料(如甘氨酸、肼）之间。为三个主要的铁氧化阶段，即α -和γ-Fe2O3和Fe3O4，使用的燃烧方法和简单的前体，如铁硝酸盐和草酸盐，以及不同燃料的组合合成反应机制进行调查。第一次在文献中，基于所获得的基本知识、与井结晶结构和表面地区范围50?175 m2/g 的上述粉末生产同时避免额外的煅烧过程同时使用一种方法。它还显示利用复杂的燃料和氧化剂复杂是有吸引力的方法来控制产品组成和特性。 介绍 铁氧化物是许多科学和工业应用中最常用的金属氧化物。例如，R-Fe2O3（赤铁矿）被广泛用作颜料，以及用于醇的催化剂氧化来制备醛和酮，磁铁矿（Fe3O4）是在各种反应中的催化剂如合成氨，同时，γ－Fe2O3（磁赤铁矿）备受关注的多种用途，包括作为磁记录材料，在生物医学中的应用。基于上述需求，所需的相组成和高比表面积的粉末是必需的。目前，有氧化铁纳米粒子的合成的几种方法，包括热分解，热解，醇热，溶胶-凝胶法，水热过程（参见参考4-10）。然而，以前的方法没有报道过可以用于这些氧化物的直接合成法，在纯结晶状态，由一个单一的路线。 水（液）燃烧合成（CS）不同的氧化物，包括铁氧体，钙钛矿，和氧化锆（参见参考11-15）是个有吸引力的技术。它涉及到一个氧化剂（例如，金属硝酸盐）和燃料（例如，甘氨酸，肼）之间自我维持的反应。首先，反应物溶解于水，得到的溶液充分混合，达到反应介质的基本分子水平的均匀化。被加热到水的沸点和蒸发后，该溶液可以点燃或自燃的温度迅速升高（可达104°C／S）值为1500°C.同时为高，这自持反应初始混合物通常细结晶良好的粉体所需的组合物。铁氧化物此前一直燃烧法合成的使用相对罕见的和复杂的含有前体如铁 （n2h3coo）2（N2H4）和n2h5fe （n2h3-coo）3 H2O。上述金属肼羧酸盐热分解产生的主要γ-Fe2O3的平均粒径小于25纳米，具体的比表面积范围是40-75 m2/g 。 在目前的工作中，通过燃烧法合成三大氧化铁物相，比如R- 和γ-Fe2O3和 Fe3O4,是使用一个简单的结合体如硝酸铁和草酸以及不同的燃料的研究。基于所获得的知识和优化的合成参数（大气，燃料的氧化剂比，φ，稀释系统，等等），一个新的上述单相氧化物粉末一步范围在50-175平方米/ g的结晶结构和表面面积的合成开始发展。 如有疑问请联系：电话：（765）494—4075。传真：（765）494-0805。电子邮件：avarma@https://www.doczj.com/doc/fc13111225.html,。 1) Cornell, R. M.; Schwertmann, U. The Iron Oxides. Structure, Properties, Reactions and Uses; VCH: Weinheim, 1996. (2) Zboril, R.; Mashlan, M.; Petridis, D. Chem. Mater. 2002, 14, 969.
第24卷第3期(总第95期) 2005年9月湿法冶金 Hy dro metallurg y of China Vo l .24No .3(Sum .95) Sep .2005 纳米氧化铁的制备与应用 方 敏1,段学臣1,周常军2 (1.中南大学材料科学与工程学院,湖南长沙 410083; 2.湖南省石门县第三中学,湖南石门 415314) 摘要:综述了近年来纳米氧化铁的制备方法,对沉淀法、胶体化学法、水热法、水解法、气相法和固相法等各种制备工艺的优劣进行了比较,并详细地介绍了纳米氧化铁的性能及其在各种领域中的应用。关键词:纳米氧化铁;制备;性能;应用 中图分类号:T Q 138.11 文献标识码:A 文章编号:1009-2617(2005)03-0117-04 收稿日期:2005-03-08 作者简介:方敏(1981-),女,硕士研究生,主要研究方向为纳米材料制备。 纳米材料(Nano cry stalline M ate rials )是指 在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围或由它们作为基本单元构成的材料。由于其具有表面效应、体积效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应,因而具有各种奇异的力、电、光、磁、热效应以及化学活性。纳米氧化铁(N anocrystalline Iron O xide )具有良好的耐候性、耐光性、磁性和对紫外线具有良好的吸收和屏蔽效应,可广泛应用于闪光涂料、油墨、塑料、皮革、汽车面漆、电子、高磁记录材料、催化剂以及生物医学工程等方面,且可望开发新的用途[1]。 1纳米氧化铁的制备方法 目前,国内外有很多不同的纳米氧化铁的制 备方法,但总体上可分为湿法(Wet Method )和 干法(Dry Me thod )。湿法多以工业绿矾、工业氯化(亚)铁或硝酸铁为原料,采用沉淀法、胶体化学法、水热法、水解法、溶胶-凝胶法、水溶胶萃取法等制备;干法常以羰基铁[Fe (CO )5]或二茂铁(FeCP 2)为原料,采用火焰热分解、气相沉积、低温等离子化学气相沉积法(PCVD )或激光热分解法制备。1.1湿法 由于湿法具有原料易得、操作简便、粒子可控等特点,因而普遍受到重视,特别是在工业生产中多采用此法。 1.1.1沉淀法 沉淀法通常是在溶液状态下将不同化学成分 的物质混合,在混合溶液中加入适当的沉淀剂先制备纳米粒子的前驱体沉淀物,再将此沉淀物干燥或煅烧,从而制得相应的纳米级粒子。该方法可分为直接沉淀法和均匀沉淀法。直接沉淀法通常是在金属盐溶液中加入沉淀剂,于一定条件下使生成沉淀析出,将阴离子除去,沉淀物经洗涤、热分解等处理可制得纳米级微粒。均匀沉淀法是通过控制溶液中沉淀剂的浓度,使之缓慢增加,可使溶液中的沉淀处于平衡状态,且沉淀在整个溶液中均匀地出现。 用碱将亚铁离子沉淀为Fe (OH ) 2,通入气体(如空气)氧化制得晶种,再引入亚铁盐,继续通气氧化。产品质量与沉淀粒子Fe (OH ) 2质量及氧化转化情况密切相关。而粒子大小取决于加料速度、搅拌状况、溶液初始浓度、反应温度、添加剂 等。在Fe (OH )2氧化过程中,用控制气体通入量和通入方式来控制α-FeOOH 的粒度,也可向 亚铁盐中加入诸如硅酸盐、磷酸盐、柠檬酸盐、酒石酸、聚乙烯醇(0.5%)、丙三醇、2,3-丁烯醇等添加剂[2] ,使结晶成核中心增多,从而使生成的α-FeOO H 的粒子微细、均匀。 沉淀法是液相化学反应合成金属氧化物纳米颗粒最早采用的方法。沉淀法成本较低,但是存在有下列问题:沉淀物通常为胶状物,水洗时过滤较困难;沉淀剂易作为杂质残留;沉淀过程中各种成分可能发生变化,水洗时部分沉淀物易发生溶解;此外,由于有多种金属不容易发生沉淀反应,这种方法的适应面较窄。
纳米氧化铁材料 班级：材料化学091班姓名：林赚学号：091304101 摘要：氧化铁纳米粒子是一种新型的磁功能材料，被广泛应用于生物、材料以及环境等众 多领域。本文介绍了超顺磁氧化铁纳米粒子的制备方法，比较了各种方法的优缺点；评述了磁性氧化铁纳米粒子在细胞、蛋白质和核酸分离及生物检测中的应用，对多功能复合磁性氧化铁纳米粒子的构建，在生物医学领域中的应用具有的指导意义。 关键词：超顺磁性氧化铁纳米粒子；制备；生物分离；生物检测 1 引言 磁性纳米粒子是近年来发展起来的一种新型材料，因其具有独特的磁学特性，如超顺磁性和高矫顽力，在生物分离和检测领域展现了广阔的应用前景。同时，因磁性氧化铁纳米粒子具有小尺寸效应、良好的磁导向性、生物相容性、生物降解性和活性功能基团等特点，在核磁共振成像、靶向药物、酶的固定、免疫测定等生物医学领域表现出潜在的应用前景。但由于其较高的比表面积，强烈的聚集倾向，所以通常对其表面进行修饰，降低粒子的表面，能得到分散性好、多功能的磁性纳米粒子。对磁性纳米粒子的表面进行特定修饰，如果在修饰后的粒子上引入靶向剂、药物分子、抗体、荧光素等多种生物分子，可以改善其分散稳定性和生物相容性，以实现特定的生物医学应用。此外，适当的表面修饰或表面功能化还可以调节磁性纳米粒子表面的反应活性，从而使其应用在细胞分离、蛋白质纯化、核酸分离和生物检测等领域。 2 磁性氧化铁纳米粒子的合成方法 磁性纳米粒子的制备是其应用的基础。目前已发展了多种合成和制备方法，如共沉淀法、水热合成法、溶胶凝胶法和微乳液法等，上述方法均可制备高分散、粒度分布均匀的纳米粒子，并能方便地对其表面进行化学修饰。 在这些合成方法当中，共沉淀法是水相合成氧化铁纳米粒子最常用的方法。该方法制备的磁性纳米颗粒具有粒径小，分散均匀，高度生物相容性等优点，但制得的颗粒存在形状不规则，结晶差等缺点。通过在反应体系中加入柠檬酸，可得到形状规则、分散性好的纳米粒子。利用这种方法合成的磁性纳米材料被广泛应用在生物化学及生物医学等领域。微乳液法制备纳米粒子，产物均匀、单分散，可长期保持稳定，通过控制胶束、结构、极性等，可望从分子规模来控制粒子的大小、结构、特异性等。微乳液合成的磁性纳米粒子仅溶于有机溶剂，其应用受到限制。通常需要在磁性纳米粒子的表面修饰上亲水分子，使其溶于水，从而能应用于生物、医学等领域。 热分解法是有机相合成氧化铁纳米粒子最多也是最稳定的方法。利用热分解法制备的纳米Fe3O4颗粒产物具有好的单分散性，且呈疏水性，可以长期稳定地分散于非极性有机溶
纳米氧化铁的制备及其应用 高令博化工与环境生命学部制药工程大连理工大学大连116023 摘要：纳米氧化铁是一种多功能材料。本文综述了纳米氧化铁的各种制备方法，对各种制备方法优缺点进行了分析和比较，详述了纳米氧化铁在磁性材料、透明颜料、生物医学、催化剂等方面的应用，并对其发展前景进行了展望。 关键词：氧化铁；纳米；制备；应用 引言 纳米材料和纳米结构是当今新材料领域中最富活力、对未来经济和社会发展有着十分重要影响的研究对象，也是纳米科技中最为活跃、最接近应用的组成部分。近几年来，世界各国对金属氧化物纳米粒子进行了广泛研究，并取得了显著成效，其中纳米氧化铁由于具有广阔的应用前景而备受关注。 1 纳米氧化铁的制备 纳米氧化铁的制备方法可分为湿法和干法。湿法主要包括水热法、强迫水解法、凝胶—溶胶法、胶体化学法、微乳液法和化学沉淀法等。干法主要包括：火焰热分解、气相沉积、低温等离子化学气相沉积法（PCVD）、固相法和激光热分解法等。 1.1 湿法 1.1.1 水热法 水热合成法是指在密闭体系中, 以水为溶剂,在一定温度和水的自生压强下, 使原始混合物进行反应的一种合成方法。1982年，用水热反应制备超微粉引起了国内外的重视。由于反应在高温高压的水溶液中进行，故为一定形式的前驱物溶解—再结晶形成的良好微晶材料提供了适宜的物理化学条件[1-2]。康晓红等[3]采用载铁有机相与水相为反应物，于高压釜内进行水热反萃反应，经后处理后获得的氧化铁粉组成均一、粒度小、结晶完好。景志红等[4]也制备出了菱形、纺锤形和球形等不同形貌的氧化铁纳米颗粒。 水热法制备的粒子纯度高、分散性好、晶型好且大小可控[5].反应在压热釜中进行，设备投资较大，操作费用较高[6]。
纳米氧化铁的制备和表征 北京师范大学化学学院小灰（081015xxxx） 指导教师司书峰 摘要：通过控制pH值，缓慢水解FeCl3合成纳米Fe2O3，对其物相进行XRD和TEM表征，并作气敏性质的测试。XRD和TEM显示制得的粒子为椭球形α-Fe2O3，粒径约为28nm，且分散性好。粒子对乙醇、丙 酮和90#汽油都有响应，且随气体浓度增加，气敏阻值线性降低。 关键词：纳米Fe2O3；XRD；SEM；气敏性质 Preparation and characterization of Iron Oxide Nanoparticles Abstract：Iron oxide nanoparticles were prepared by a solution phase controlled hydrolysis method, and were characterized by XRD and SEM techniques. Its gas-sensitivity was also tested later.XRD and SEM results show that ellipsoidal alpha iron oxide particles with an average particle size of about 28nm were obtained through our method. And these particles show sensitivity to acetone, ethanol and gasoline with a linear dependence on the gas concentration. Key words：Fe2O3Nanoparticles; XRD; SEM; Gas-sensitivity 1.介绍 氧化铁系列化合物，按其价态、晶型和结构之不同可分为(α,β,γ)-Fe2O3、(α,β,γ,δ)- FeOOH、Fe3O4、FeO[1]。随着科学研究的不断深入，纳米氧化铁的优异性能在磁性材料、透明颜料、生物医学、催化剂及其他方面的应用愈来愈受人们的重视和青睐[2]。其催化特性的一个重要应用就是用作气敏材料。Fe2O3的两种变体：α- Fe2O3和γ- Fe2O3都可以作为气敏材料，两者 的气敏性能却有着巨大的差异。γ- Fe2O3属于尖晶石型结构，类似Fe2O4处于亚稳态，在气敏过程中铁离子在Fe3 +和Fe2 +之间相互转化，从而引起材料电导率的变化，其气敏机理主要为体电阻控制型。α- Fe2O3属于刚玉晶型、三角晶系,结构比较稳定其气敏机理为表面控制型[3]。纳米α- Fe2O3表面有配位不饱和的铁原子，可以吸附氧气，并使氧气分子活化，300℃以上可作为催化剂氧化还原性气体。同时表面吸附的氧分子电负性强，它夺取纳米颗粒表面层的电子，使晶粒内部自由电子数目减少，即使材料的电导率降低。当还原性气体通过其表面时，表面上活化的氧气分子与还原性气体反应而释放出电子回到晶粒内部，使材料的电导率增大，即对还原性气体产生响应。纳米氧化铁气敏材料具有选择性好、高温下热稳定性好、对环境湿度的变化不敏感和催化性能较好的优点[4]。虽然通常情况下电阻比常用气敏材料，如SnO2、ZnO大的多，但可通过掺杂予以克服[5]。目前，纳米氧化铁制备方法大体上分为干法和湿法两种。而湿法中的均匀沉淀法由于制备工艺简单，成本低，颗粒均匀而被广泛采用[6]。 2.实验部分 2.1主要仪器 BDX-3000 X射线粉末衍射仪(北京大学仪器厂)；日立S-4800型高分辨场发射扫描电镜；
课题名称 姓名 院系 专业班级 指导教师 2009 年10 月01 日
摘要纳米氧化铁的制备方法有沉淀法、固液气相法、水热法、凝胶—溶胶法、共混包埋法、单体聚合法等.。本文通过分析比较各种纳米氧化铁的制备方法, 水热法由于操作简单、粒子可控等优点广泛应用于自分散氧化物的制备研究中。 关键词水热法，沉淀法，固液气相法，比较 前言 定，催化活性高，具有良好的耐光性、耐候性和对紫外线的屏蔽性，在精细陶瓷、塑料制品、涂料、催化剂、磁性材料以及医学和生物工程等方面有着广泛的应用价值和前景，因此研究纳米氧化铁有着很重要的意义。由于纳米氧化铁具有如此多的优点及其广泛的应用前景，近年来国内外研究者对其制备和应用投入了大量的研究工作。本文综述了纳米氧化铁制备方法的一些研究进展，分析了当前急需解决的问题，并对今后发展做了展望。重点介绍了水热法制备纳米氧化铁材料，以及在铁离子浓度、PH值、水解时间分别不同的情况下的水解程度。【1】 文献综述 国内外研究现状： 我国纳米材料和纳米结构的研究已有10年的工作基础和工作积累，在“八五”研究工作的基础上初步形成了几个纳米材料研究基地，科院上海硅酸盐研究所、南京大学、科院固体物理所、科院金属所、物理所、国科技大学、清华大学和科院化学所等已形成我国纳米材料和纳米结构基础研究的重要单位。无论从研究对象的前瞻性、基础性，还是成果的学术水平和适用性来分析，都为我国纳米材料研究在国际上争得一席之地，促进我国纳米材料研究的发展，培养高水平的纳米材料研究人才做出了贡献。在纳米材料基础研究和应用研究的衔接，加快成果转化也发挥了重要的作用。目前和今后一个时期内这些单位仍然是我国纳米材料和纳米结构研究的坚力量。【2】 近年来美国纳米技术研究与产品开发发展迅速。如医学领域的纳米医药机器人、纳米定向药物载体、纳米在基因工程蛋白质合成中的应用，微电子及信息技术领域的导电聚合物在信息技术的应用、纳米电子元器件FET二极管、用于感应器的电子序列、纳米传感器，化工领域的利用纳米材料提高催化剂的效能等，都取得了很大进展。 日本科学家在2003年12月发现，当温度降到极端低时，非常接近于一维金属的碳纳米管的电阻急剧增大，变成绝缘体，与普通金属的导电性截然相反。从
课程名称：纳米科学与技术 课程编号： 10SAU9009 文 献 阅 读 课 论 文 题 目 三氧化二铁纳米粉末 纳米三氧化二铁的研究进展 摘要：三氧化二铁纳米材料因其独特的物理化学性质，在光催化、锂离子电池、超级电容器等方面有着广泛的应用。随着科学技术的不断发展和对合成材料的迫切需求，纳米三氧化二铁的制备方法也不断推陈出新，本文全面总结了制备三氧化二铁纳米粉末的一些常用方法及其优缺点，介绍了三氧化二铁纳米粉末的应用方向。 关键词：三氧化二铁；纳米粉末；制备；性能；应用 Study progress of i ron(III) oxide nanostructure Abstract ：Ferric oxide nanomaterials because of its unique physical and chemical properties, in the light catalysis, lithium ion battery and super capacitor has been
widely used.With the continuous development of science and technology and the urgent demand for composite materials, the preparation methods of nano ferric oxide is constantly. This paper comprehensively summarizes the preparation of ferric oxide nano powder of some commonly used methods and their advantages and disadvantages, this paper introduces the application direction of ferric oxide nano powder. Keyword：i ron(III) oxide；synthesis；property；application 1.引言与背景 纳米技术、信息技术及生物技术将成为21世纪经济发展的三大支柱。纳米材料是纳米技术的基础,现在已经广泛地应用于光学、医学、信息通讯、计算机技术、环境与能源、军事、航天和航空领域等,多学科多领域在纳米尺度上的相互交叉展现了巨大的生命力。它代表着今后人类科学和技术发展的趋势,将成为人类在21世纪的主导科学。纳米材料的尺寸介于微观的原子和分子与宏观块体材料之间，它的比表面积大，原子排列、自旋磁结构、电子云结构等与块体材料比有变化，导致其物理化学性质也发生了变化。人们对纳米材料的研究，不仅是因为它们的尺度小，更是因为在小尺度下，会出现许多不一样的性质，比如表面效应，库仑电阻效应，能级分裂等。[1] 1.1铁的氧化物 铁的氧化物作为金属氧化物的一种，是非常重要的无机功能材料，是仅次于钛白粉的第二大无机颜料。广泛应用于各领域，如涂料、橡胶、玻璃、陶瓷、塑料、化妆品等行业。同时，它可以用作抛光剂、催化剂、磁流体、磁记录材料、气敏元件等。铁的氧化物的形貌及其相关性质的研究已成为材料工作者的重要
纳米氧化铁的制备和表征 金鑫靳立群陈重学 武汉大学化学与分子科学学院2003级化学基地班武汉430072 摘要：纳米氧化铁的制备方法有氧化沉淀法、水热法、强迫水解法、凝胶—溶胶法、胶体化学法、水溶萃取法等。本文采用活性炭吸附法制备纳米氧化铁，测定了粒子的磁化率，用电镜测定其粒径，以此探讨了不同的焙烧温度下所得粒子的性能，加深了对纳米材料的了解。 关键词：纳米氧化铁活性炭表征 一、引言 纳米颗粒是指颗粒尺寸为纳米数量级的超细微粒,它的尺度大于原子簇,小于通常的微粒,一般在1～100纳米之内,因此,它具有量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应、库仑堵塞和介电限域效应,这些效应使得纳米微粒具有不同于常规固体的新特征.纳米氧化铁具有良好的耐候性、耐光性、磁性和对紫外线具有良好的吸收和屏蔽效应,可广泛应用于闪光涂料、油墨、塑料、皮革、汽车面漆、电子、高磁记录材料、催化剂以及生物医学工程等方面,且可望开发新的用途.因此,了解和掌握纳米氧化铁的各种制备方法无疑具有重要的现实意义.目前国内外有很多不同的制备方法,但总体上纳米氧化铁的制备方法可分为湿法(WetMethod)和干法(DryMethod).湿法多以工业绿矾、工业氯化(亚)铁或硝酸铁为原料,采用氧化沉淀法、水热法、强迫水解法、凝胶—溶胶法、胶体化学法、水溶胶萃取法等制备;干法常以羰基铁Fe(CO)5]或二茂铁(FeCP2)为原料,采用火焰热分解、气相沉积、低温等离子化学气相沉积法(PCVD)或激光热分解法制备. 二、实验部分 2.1 实验试剂 硝酸铁（Fe(NO3)3·9H2O）,活性炭，硫酸亚铁，摩尔氏盐 2.2 实验仪器 电炉，马弗炉，瓷坩埚，电子天平，烧杯，研钵，电镜，电子磁天平 2.3 实验步骤 分别称取6.4g/6.0g硝酸铁于两个250ml的烧杯中，加85ml/80ml水溶解，加热至沸。随后加入55g/50g活性炭，继续加热至沸。待溶液快蒸发时，转入瓷坩埚中，继续加热，直至将体系内的溶液尽量全部蒸干。将瓷坩埚放入马弗炉中分别在600℃/400℃下灼烧至活性炭完全烧完，取出，冷却即得红棕色固体粉末。 用电镜测量其粒径，用电子磁天平测其磁化率并与硫酸亚铁进行比较。 2.4 样品的表征 2.4.1 磁性的表征（定性） 质量/g 管+氧化铁1/g 磁场强度管+氧化铁2/g 氧化铁（600℃）0.5116 10.7836 20.2 10.9026 硫酸亚铁1 0.5081 10.7663 374 10.886 氧化铁（400℃) 0.4825 11.2249 49.5 11.2406 硫酸亚铁2 1.0372 11.767 200 11.776 从以上数据可以明显地看出制得的纳米氧化铁的磁性强于硫酸亚铁 2.4.2 粒径的测定 将所得的纳米氧化铁进行研磨，进行电镜分析，所得电镜图如下：
磁性氧化铁纳米颗粒及其磁共振成像应用 乔瑞瑞, 贾巧娟, 曾剑峰, 高明远 中国科学院化学研究所，北京100190收稿日期：2010-11-26；接受日期：2011-02-18 基金项目：“973”计划项目(2011CB935800),国家自然科学基金项目(21003135，81090271，20820102035)通讯作者：高明远，电话：(010)62625212，E-mail ：gaomy@https://www.doczj.com/doc/fc13111225.html, 摘要：磁性氧化铁纳米颗粒在磁共振成像方面的应用，已经在全世界范围内得到了广泛的关注，相关研究也被各国科学家高度重视。目前，磁性氧化铁纳米颗粒正在从早期的基于被动识别的肝部磁共振造影，快速转向基于主动识别的磁共振分子影像应用。本文将围绕磁性氧化铁纳米颗粒的生物体内应用，着重介绍磁性纳米颗粒的制备及其在疾病诊断，尤其是在肿瘤早期影像诊断方面的研究进展。 关键词：磁性氧化铁纳米颗粒；磁共振；分子影像探针；肿瘤中图分类号：R1,O69 DOI ：10.3724/SP.J.1260.2011.00272 引言 随着纳米科学的发展，纳米材料在生物检测、疾病诊断及疾病治疗等方面均展示出了 广阔的应用前景[1]。在众多的纳米材料中，磁性纳米颗粒(magnetic nanoparticles ，MNPs )以其超顺磁特性在磁共振成像(magnetic resonance imaging ，MRI )中表现出独特的造影剂(contrast agent )功能。配合以良好的生物安全性、表面可修饰性及其特殊的体内行为，磁性纳米颗粒在生物体内的应用方面展现出巨大的应用价值，并已经成为在生物医学中得到实际应用的最成功的纳米材料之一[2～7]。 到目前为止，全世界有多家公司企业参与了氧化铁纳米颗粒造影剂的研制与开发，并且已有多种商品化产品上市[2,4,6,7]。例如，Advanced Magnetics 公司(Cambridge ，MA ，USA )在大量的临床数据基础之上，率先推出了基于磁性氧化铁纳米材料的药物GastroMark 誖(ferumoxsil ，口服肠胃制剂)，并于1993年在欧洲获得批准上市；1996年，“美国食品药物管理局”(US Food and Drug Administration,FDA )批准了该公司用于肝部造影的静脉注射制剂Feridex 誖(中文译名菲力磁誖)；2000年，先灵公司用于肝部造影的Resovist 誖(ferucarbotran )在欧洲获得批准上市[8]；随后又出现了淋巴造影剂Combidex 誖(Sinerem 誖)。目前，以磁性纳米颗粒为基础，已经形成了近10种处于不同临床阶段的产品[7](详见表1)。上述产品除了在临床上用于肝部损伤、节结和肿瘤磁共振影像诊断[9~11]及肿瘤的淋巴转移成像外[12]，还被用于血池成像[13]。然而，磁性氧化铁纳米颗粒的上述应用，基本上是通过组织、器官对纳米材料的摄取来实现的，属于被动靶向模式。 生物物理学报2011年4月第27卷第4期:ACTA BIOPHYSICA SINICA Vol.27No.4Apr.2011:272-288 272-288 272
实验十九纳米氧化铁的制备和物相表征（~25学时） 一、实验目的和要求 1．初步了解纳米材料的概念和特点。 2．掌握纳米材料的制备过程。 3．学会利用X－射线粉末衍射和电子透镜技术表征纳米材料。 4．掌握化学论文的撰写格式及各部分的要点。 二、实验原理 实验过程包括两个部分：样品的制备和样品的表征 铁的氯化物、硝酸盐等在pH值很小的情况下就开始水解。水解所形成的胶体是多种水解产物的混合体。[Fe(OH)(H2O)2]2+、[Fe(OH)2H2O]1+、Fe(OH)3, FeO(OH)等化合物所占比例的多少受pH值和温度的影响。pH >3，温度超过70?C。水解产物基本上以FeO(OH)的形式存在。至于是以α型还是β型以及颗粒的大小与温度的高低和反应时间的长短有关。 纳米氧化铁的制备利用了铁盐易水解的性质。颗粒的种类和大小决定于晶种的多少和水解速度的快慢。直截一点，就是对pH值和温度十分敏感。本实验采用酸化的[Fe(H2O)6]Cl3溶液，加热溶液，HCl气体挥发，溶液的pH值缓慢升高，在尽可能低的pH值下产生少量的晶核，控制温度和时间，就会得到一定粒径的均匀的纳米颗粒。 样品物象的表征包括形貌、粒度和晶相三个方面。物相分析一般使用X－射线粉末衍射仪（XRD）和电子显微镜。形貌和粒度可通过扫描电镜（SEM）和透射电镜（TEM）直接观测到粒子的大小和形状。但由于电镜只能观测局部区域，可能产生较大的统计误差。晶粒（注意粒子的大小和晶粒的大小不是一个概念，在多数情况下纳米粒子是由多个完美排列的晶粒组成的）的晶相和大小，虽然也可通过更强的场发射透镜（HRTEM）得到，但是机器昂贵、操作复杂，所以实验室一般使用X－射线粉末衍射仪。下面就简单介绍两种大型分析仪器：XRD和TEM。 纳米氧化铁是一种电阻较大的半导体，它的表面可以吸附氧气，并使氧气分子活化，在300?C以上可作为催化剂催化氧化可燃性气体。表面吸附的氧气分子的电负性强，它夺取纳米颗粒表层的电子，使纳米氧化铁晶粒内部的空穴数目增加，即材料的导电性增强。当可燃性气体通过其表面时，表面上活化的氧气分子参与反应，使表面吸附的氧气分子数目急剧减少，同时导致材料的导电性降低，降低的值与通过气体的浓度有近似线形的关系。利用这种关系人们制造了气敏测试仪，这种仪器已用于环境监测、交通安全的酒精、汽油等可燃性气体的实际测试中。 X－射线仪(XRD) 当高速电子撞击靶原子时，电子能将原子核内K层上一个电子击出并产生空穴，此时具有较高能量的外层电子跃迁到K层，其释放的能量以X－射线的形式（K系射线，电子从L层跃迁到K层称为Kα）发射出去。X－射线是一种波长很短的电磁波，波长范围在0.05～0.25 nm之间。常用铜靶的波长为0.152nm。它具有很强的穿透力。X－射线仪主要由X光管、样品台、测角仪和检测器等部件组成。 XRD物相定性分析物相定性分析的目的是利用XRD衍射角位置以及强度，鉴定未知样品是由哪些物相组成。它的原理是：由各衍射峰的角度位置所确定的晶面间距d以及它们的相对强度I/ I1是物质的固有特性。每种物质都有其特定的晶体结构和晶胞尺寸，而这些又与衍射角和衍射强度有着对应关系，因此，可以根据衍射数据来鉴别物质结构。通过将未