CN103877984A - Fe3O4@C@PbMoO4核壳磁性纳米材料的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及Fe₃O₄CPbMoO₄核壳磁性纳米材料的制备方法。包括步骤：（1）将FeCl₃、乙二醇和醋酸钠的混合溶液放入聚四氟乙烯反应釜中反应。将产物洗涤、烘干，得到Fe₃O₄纳米粒子。（2）将Fe₃O₄纳米粒子酸化后，洗涤。然后将制备的Fe₃O₄纳米粒子和葡萄糖的混合溶液，放入聚四氟乙烯反应釜中反应，将产物清洗，烘干，得到Fe₃O₄C磁性纳米材料。（3）将Fe₃O₄C磁性纳米材料加入到醋酸铅溶液中搅拌，再洗涤，再加入钼酸钠溶液搅拌，再洗涤，烘干，得到Fe₃O₄CPbMoO₄复合材料。本发明的制备方法简单，成本相对较低，制备得到的颗粒均匀，分散性好，核壳结构保留了钼酸铅纳米晶粒高催化活性的特点，又兼具了可磁性回收的优点。作为具有磁性可回收优势的高性能光催化剂，在水污染处理领域有着广阔的应用前景。

Description

Fe3O4CPbMoO4核壳磁性纳米材料的制备方法

技术领域

本发明属于材料技术领域，涉及一种Fe₃O₄CPbMoO₄核壳磁性纳米材料的制备方法。

背景技术

随着全球环境污染日益严重，环境问题越来越受到人们的关注。半导体光催化剂作为一种新的催化材料，在污染物处理领域有着广阔的应用前景。近年来，寻求新型光催化材料逐渐成为研究的热点，各类新型光催化材料引起了广大科研工作者的极大关注。

磁性纳米材料由于纳米微粒的小尺寸效应、量子尺寸效应、表面效应等使其具有常规粗晶粒材料所不具有的磁学特性。例如：磁单畴尺寸、超顺磁性临界尺寸、交换作用长度、以及电子平均自由路程等大致处于1-100nm量级，当磁性体的尺寸与这些特征物理长度相当时，就会呈现反常的磁学性质。纳米磁性材料的主要磁学特性有磁畴结构、超顺磁性、矫顽力、磁化率以及磁滞回线等。

纳米磁性颗粒在复合材料中的形式主要包括4类：①任意分散纳米磁性颗粒类的复合材料；②纳米磁性颗粒果核类的复合材料；③有序分散纳米磁性颗粒类的复合材料；④蛋黄-蛋壳类复合材料。磁性纳米复合材料是伴随着磁性纳米材料的发展而发展的，而传统的铁基磁性纳米材料往往聚集成大的集合体，从而不具有独立的纳米磁性颗粒所具备的独特性能，因此对于该材料的应用，首先需解决的问题是实现其不可逆的纳米材料分散。在此研究基础上，在磁性纳米材料进行表面修饰时增加一层碳层，从而可制备出果核型、蛋黄-蛋壳型等新型磁性纳米材料。 

目前，将磁性纳米材料与其他功能性材料复合，已经成功制备出多种核壳型功能性纳米材料，其巨大的应用潜力特别是在生物医学、生物工程等领域的应用已经引起了科学家的高度重视，成为生物医学材料研究领域中的一个热门话题，主要体现在磁靶向运输、固定化酶、磁流体热疗、生物分离、分析检测成像技术等。

由于金属钼酸盐具有高表面能、多活性点、高选择性而受到人们的广泛关注。在光解水产氧、光催化降解有机污染物等方面有许多应用。该催化剂耐光腐蚀，紫外光连续照射10h仍能保持良好的光稳定性。

发明内容

本发明提供一种Fe₃O₄CPbMoO₄核壳磁性纳米材料的制备方法，该方法简单，成本相对较低，对设备的要求不高；本发明的核壳结构材料保留了钼酸铅纳米晶粒高催化活性的特点，又兼具了可磁性回收的优点。

本发明采用的技术方案是： 

一种Fe₃O₄CPbMoO₄核壳磁性纳米材料的制备方法，其特征在于，概括为：将制备的Fe₃O₄C磁性纳米材料加入到醋酸铅溶液中搅拌，一定时间后再超声洗涤，再加入钼酸钠溶液搅拌，一定时间后再超声洗涤，烘干，得到Fe₃O₄CPbMoO₄复合材料。

以上方法，通过以下步骤实施：

（1）按照FeCl₃·6H₂O：醋酸钠：乙二醇的质量比为27:72:1160的比例，配制成混合液搅拌1h；将搅拌后的混合液转移到反应釜中，在200℃下反应8h；反应釜冷却至室温，超声洗涤4次；在60℃下真空干燥12h，得到干燥的Fe₃O₄纳米粒子。

（2）将Fe₃O₄纳米粒子按照质量比为Fe₃O₄：HNO₃=5:4的比例酸化处理，然后将酸化过的Fe₃O₄粒子超声洗涤5次；将酸化过洗涤后的Fe₃O₄颗粒与葡萄糖按质量比1：45的比例超声0.5h后放入有反应釜中，在180℃下反应6h；将反应釜冷却至室温，超声洗涤5次；在60℃下真空干燥12h，得到干燥的Fe₃O₄C纳米粒子。

（3）按照Fe₃O₄C：乙酸铅：H₂O：钼酸钠的质量比为1：30:2000：40的比例，制备成溶液a，超声0.5h；将超声后的溶液a搅拌12h后，超声洗涤4次；向洗涤后的溶液中按比例加入钼酸钠，超声分散0.5h，得到溶液b；将溶液b搅拌12h后，超声洗涤4次；将洗涤后的Fe₃O₄C粒子在60℃下真空干燥12h，得到干燥的Fe₃O₄CPbMoO₄纳米粒子。

与现有技术相比，本发明技术方案有益效果：

本发明制备的产物呈球形，上面负载的钼酸铅小颗粒大小均匀且具有良好的分散性，该产物具有良好的光催化性能和很好的磁响应性，可以作为具有磁性可回收优势的高性能光催化剂。本发明制备获得的产物可以作为一种新的催化材料，在污染处理领域有着广阔的应用前景。本发明所用原料均从市场购买得到，制备过程简单,设备简单、易操作。

附图说明

图1是Fe₃O₄纳米粒子的SEM照片。

图2是Fe₃O₄C的SEM照片。

图3是Fe₃O₄CPbMoO₄磁性复合材料的SEM照片。

图4是Fe₃O₄CPbMoO₄磁性复合材料的TEM照片。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。 实施例中参与反应体系的所有原料均为市售，FeCl₃·6H₂O、乙二醇、聚乙二醇、无水乙醇、葡糖糖、醋酸铅、钼酸钠均购于中国医药集团上海化学试剂公司，以上的化学试剂均为分析纯，未经纯化直接使用的。

第一步  纳米磁性四氧化三铁的制备与表征

1.1取100mL乙二醇至锥形瓶，分别加入2.70g FeCl₃·6H₂O、7.20g 醋酸钠，室温条件下磁力搅拌1h，至固体充分溶解至均匀，得到黄棕色溶液；

1.2将溶液转入150mL聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中，在电热烘箱中加热升温至200℃，保温8h后自然冷却至室温；

1.3将釜内溶液取出后，先用无水乙醇洗涤数次后，再用去离子水洗涤数次，磁铁分离，60℃下干燥真空12h，得到黑色粉末。

1.4取少量样品沾导电胶上，喷金观察形貌,由场发射扫描电子显微镜(Philips公司，XL-30E，SEM),设定扫描电压3KV,放大倍数7万倍（如图1）条件下可以看出，制备出的四氧化三铁粒子呈球形，分散性较好。

第二步 Fe₃O₄C复合载体的制备：

2.1将4.5g 葡萄糖溶解于50mL去离子水中再加入0.1g步骤一制得的纳米Fe₃O₄，超声分散1h，直至Fe₃O₄均匀分散；

2.2将上述溶液转入150mL聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中，在电热烘箱中加热升温至180℃，保温6h后自然冷却至室温；

2.3将釜内溶液取出后依次用无水乙醇、去离子水充分洗涤，磁铁分离，60℃下真空干燥12h，得到黑色粉末。

2.4取少量样品沾导电胶上，喷金观察形貌,由场发射扫描电子显微镜(Philips公司，XL-30E，SEM),设定扫描电压3KV,放大倍数7万倍（如图2）条件下可以看出，制备出的Fe3O4C纳米材料表面光滑，颗粒大小均匀，分散性较好。

第三步  纳米Fe₃O₄CPbMoO₄复合光催化材料的制备：

3.1将1.5g醋酸铅溶解在去离子水中，制备成溶液a；

3.2将Fe₃O₄C微米粉体加入溶液a中，经过超声分散和搅拌，保持搅拌12h；

3.3将上一步所得混合物用去离子水超声洗涤4次；

3.4将2g钼酸钠溶解在去离子水中，制备成溶液b；

3.5将溶液b加入洗涤完的溶液中，经过超声分散，继续搅拌12h；

3.6将上一步所得溶液分别用去离子水和乙醇超声洗涤5次，放入真空干燥箱干燥12h。

3.7取少量样品沾导电胶上，喷金观察形貌,由场发射扫描电子显微镜(Philips公司，XL-30E，SEM),设定扫描电压3KV,放大倍数8万倍（如图3）条件下可以看出，钼酸铅小颗粒均匀的负载在碳层的表面。

3.8由高分辨电子显微镜（JEM-2100型，日本电子，加速电压为3.0kV）（如图4）观察到Fe₃O₄CPbMoO₄的核壳结构，钼酸铅小颗粒均匀的负载在Fe₃O₄C小球的表面。

Claims (2)

1.一种Fe₃O₄CPbMoO₄核壳磁性纳米材料的制备方法，其特征在于，概括为：将制备的Fe₃O₄C磁性纳米材料加入到醋酸铅溶液中搅拌，一定时间后再超声洗涤，再加入钼酸钠溶液搅拌，一定时间后再超声洗涤，烘干，得到Fe₃O₄CPbMoO₄复合材料。

2.如权利要求1所述的Fe₃O₄CPbMoO₄核壳磁性纳米材料的制备方法，其特征在于，通过以下步骤实施：

（1）按照FeCl₃·6H₂O：醋酸钠：乙二醇的质量比为27:72:1160的比例，配制成混合液搅拌1h；将搅拌后的混合液转移到反应釜中，在200℃下反应8h；反应釜冷却至室温，超声洗涤4次；在60℃下真空干燥12h，得到干燥的Fe₃O₄纳米粒子；

（2）将Fe₃O₄纳米粒子按照质量比为Fe₃O₄：HNO₃=5:4的比例酸化处理，然后将酸化过的Fe₃O₄粒子超声洗涤5次；将酸化过洗涤后的Fe₃O₄颗粒与葡萄糖按质量比1：45的比例超声0.5h后放入有反应釜中，在180℃下反应6h；将反应釜冷却至室温，超声洗涤5次；在60℃下真空干燥12h，得到干燥的Fe₃O₄C纳米粒子；

（3）按照Fe₃O₄C：乙酸铅：H₂O：钼酸钠的质量比为1：30:2000：40的比例，制备成溶液a，超声0.5h；将超声后的溶液a搅拌12h后，超声洗涤4次；向洗涤后的溶液中按比例加入钼酸钠，超声分散0.5h，得到溶液b；将溶液b搅拌12h后，超声洗涤4次；将洗涤后的Fe₃O₄C粒子在60℃下真空干燥12h，得到干燥的Fe₃O₄CPbMoO₄纳米粒子。

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