一种大比表面积多孔片状铁酸锌的制备方法

摘要

本发明公开了一种大比表面积多孔片状铁酸锌的制备方法，采用简单的溶液快速热反应法，制备成由纳米晶组装的大比表面积多孔片状铁酸锌，该纳米片结构稳定，宽度为几个微米、厚度为180～400nm，其比表面积较大，为32.70～157.03m2/g，平均孔径为3.5～9.8nm。本发明方法简单易行，成本低廉，生产周期短，产率高，重复性和一致性好，所制备的大比表面积多孔片状铁酸锌可望在吸附、光催化、气敏传感器和锂离子电池等领域具有较好的应用前景和经济效益。

权利要求

1.一种大比表面积多孔片状铁酸锌的制备方法，其特征在于：将Zn(NO3)2·6H2O、Fe(NO3)3·9H2O、二水合乙二酸加入到蒸馏水中，混合均匀，所得混合液中Zn(NO3)2·6H2O、Fe(NO3)3·9H2O、二水合乙二酸的摩尔比为1:1～3:1～3，Fe(NO3)3·9H2O与蒸馏水的质量比0.1～0.3:1，将所得混合液铺展到清洗干净的硅片表面，在空气气氛中400～600℃保温3～20分钟，自然冷却至常温，得到大比表面积多孔片状铁酸锌。

2.根据权利要求1所述的大比表面积多孔片状铁酸锌的制备方法，其特征在于：所述的Zn(NO3)2·6H2O、Fe(NO3)3·9H2O、二水合乙二酸的摩尔比为1:2:2。

3.根据权利要求1或2所述的大比表面积多孔片状铁酸锌的制备方法，其特征在于：

在空气气氛中450℃保温5分钟。

说明书

一种大比表面积多孔片状铁酸锌的制备方法

技术领域

[0001] 本发明属于无机纳米材料制备技术领域，具体涉及一种溶液快速热反应法一步制备大比表面多孔片状铁酸锌的方法。

背景技术

[0002] 铁酸锌(ZnFe2O4)属于立方晶系的尖晶石结构，是一种重要的窄禁带半导体材料，其禁带宽度为1.9eV。由于其独特的磁学、光学和电学性质，ZnFe2O4广泛应用于作磁性材料、气敏材料、光催化材料、吸附材料及锂离子电池材料等。我们知道，大比表面积多孔纳米材料通常具有增强的光催化、化学传感、吸附和电化学性 能 [Nano Letters,2012,12(5),2318-2323；ACS Applied Materials&Interfaces,2014,6(4),2718-2725]。因此，大比表面积多孔铁酸锌的制备具有重要的科学意义和极大的应用价值。

[0003] 目前，Su等人将Zn(NO3)2、Fe(NO3)3、十六甲基溴化铵(CTAB)、NaOH在130℃水热反应24小时，先制备出CTA-OH-Fe-Zn前驱体，然后将该前驱体在不同温度下退火，得2
到比表面积为25.9～175.4m/g的ZnFe2O4多孔粉末[Journal of Hazardous Materials.2012,(211-212),95-103]。Jia等人将(NH4)2Fe(SO4)2、ZnSO4、乙二醇、草酸在120℃水热反应24小时，先制备出ZnFe2(C2O4)3纳米棒，然后将ZnFe2(C2O4)3纳米棒热处理得到纳米颗粒组装的ZnFe2O4多孔纳米棒[MaterialsLetters.2011,65,3116-3119]。Zhu等人先将Zn(NO3)2与FeSO4在草酸-CTAB-环己烷-正丙醇微乳液中反应，得到ZnFe2(C2O4)3纳米棒，再将ZnFe2(C2O4)3纳米棒煅烧转化成多孔ZnFe2O纳米棒[Nanotechnology.2008,19,405503]。
Liu等将Zn(NO3)2和Fe(NO3)3与柠檬酸在乙二醇中形成溶胶，注入到多孔氧化铝模板内，
450℃热处理后，再用NaOH去除氧化铝模板，得到多孔ZnFe2O4纳米管阵列[Sensors and Actuators B.2007,120,403-410]。上述制备方法基本上为两步法，首先得到一定结构ZnFe2(C2O4)3等前躯体，再通过热处理得到多孔ZnFe2O4纳米材料，操作繁琐，制备周期长，能耗高，成本高。

发明内容

[0004] 本发明所要解决的技术问题在于提供一种操作简单、能耗低、反应周期短，大比表面积多孔片状铁酸锌的制备方法。

[0005] 解决上述技术问题所采用的技术方案是：将Zn(NO3)2·6H2O、Fe(NO3)3·9H2O、二水合乙二酸加入到蒸馏水中，混合均匀，所得混合液中Zn(NO3)2·6H2O、Fe(NO3)3·9H2O、二水合乙二酸的摩尔比为1:1～3:1～3，Fe(NO3)3·9H2O与蒸馏水的质量比0.1～0.3:1，将所得混合液铺展到清洗干净的硅片表面，在空气气氛中400～600℃保温3～20分钟，自然冷却至常温，得到大比表面积多孔片状铁酸锌。

[0006] 本发明优选Zn(NO3)2·6H2O、Fe(NO3)3·9H2O、二水合乙二酸的摩尔比为1:2:2。

[0007] 本发明进一步优选在空气气氛中450℃保温5分钟。

[0008] 本发明采用简单的溶液快速热反应法制备成的多孔片状铁酸锌，其具有立方相晶2
体结构，比表面积为32.70～157.03m/g，孔径分布较为集中，平均孔径为3.5～9.8nm，纳米片的厚度为180～400nm。本发明方法简单易行，成本低廉，生产周期短，产率高，重复性和一致性好，所制备的多孔片状铁酸锌可望在吸附、光催化、气敏传感器和锂离子电池等领域具有较好的应用前景和经济效益。

附图说明

[0009] 图1是实施例1制备的多孔片状铁酸锌的XRD图。

[0010] 图2是实施例1制备的多孔片状铁酸锌放大1300倍的扫描电镜照片。

[0011] 图3是实施例1制备的多孔片状铁酸锌放大5000倍的扫描电镜照片

[0012] 图4是实施例1制备的多孔片状铁酸锌的透射电子显微镜照片。

[0013] 图5是实施例1制备的多孔片状铁酸锌局部的高分辩透射电子显微镜照片。

[0014] 图6是实施例1制备的多孔片状铁酸锌的电子衍射图。

[0015] 图7是实施例1制备的多孔片状铁酸锌的氮气脱附吸附等温线图。

[0016] 图8是实施例1制备的多孔片状铁酸锌的孔径分布图。

[0017] 图9是实施例2制备的多孔片状铁酸锌放大10000倍的扫描电镜照片。

[0018] 图10是实施例3制备的多孔片状铁酸锌放大5000倍的扫描电镜照片。

[0019] 图11是实施例4制备的多孔片状铁酸锌放大5000倍的扫描电镜照片。

[0020] 图12是实施例5制备的多孔片状铁酸锌放大5000倍的扫描电镜照片。

[0021] 图13是实施例6制备的多孔片状铁酸锌放大5000倍的扫描电镜照片。

具体实施方式

[0022] 下面结合附图和实施例对本发明进一步详细说明，但本发明的保护范围不仅限于这些实施例。

[0023] 实施例1

[0024] 将硅片裁成2.0×2.0mm2的矩形片，依次用去离子水、无水乙醇在功率为250W、频率为40kHz条件下各超声波清洗30分钟，自然晾干，得到清洗干净的硅片；将
0.375g(1.25mmol)Zn(NO3)2·6H2O、1.1g(2.5mmol)Fe(NO3)3·9H2O、0.315g(2.5mmol)二水合乙二酸加入到5g蒸馏水中，混合均匀，然后将所得混合液铺展到清洗干净的硅片表面，再将硅片置于马弗炉中，在空气气氛中450℃保温5分钟，然后自然冷却至常温，得到大比表面积多孔片状铁酸锌。

[0025] 由图1～8可见，所制备的铁酸锌纳米片为立方相的多晶结构，并且所制备的铁酸2
锌纳米片为多孔结构，纳米片的厚度约为284nm，比表面积为157.03m/g。

[0026] 实施例2

[0027] 将 0.375g(1.25mmol)Zn(NO3)2·6H2O、0.505g(1.25mmol)Fe(NO3)3·9H2O、0.157g(1.25mmol)二水合乙二酸加入到5g蒸馏水中，混合均匀，然后将所得混合液铺展到清洗干净的硅片表面，其他步骤与实施例1相同，得到大比表面积多孔片状铁酸锌(见图
2
9)，铁酸锌纳米片的厚度约为270nm，比表面积为89.25m/g。

[0028] 实施例3

[0029] 本实施例在空气气氛中400℃保温20分钟，其他步骤与实施例1相同，得到大比表2
面积多孔片状铁酸锌(见图10)，铁酸锌纳米片的厚度约为400nm，比表面积为102.50m/g。

[0030] 实施例4

[0031] 本实施例在空气气氛中600℃保温3分钟，其他步骤与实施例1相同，得到大比表2
面积多孔片状铁酸锌(见图11)，铁酸锌纳米片的厚度约为220nm，比表面积为32.70m/g。

[0032] 实施例5

[0033] 将 0.375g(1.25mmol)Zn(NO3)2·6H2O、1.515g(3.75mmol)Fe(NO3)3·9H2O、0.475g(3.75mmol)二水合乙二酸加入到5g蒸馏水中，混合均匀，然后将所得混合液铺展到清洗干净的硅片表面，其他步骤与实施例1相同，得到大比表面积多孔片状铁酸锌(见图
2
12)，铁酸锌纳米片的厚度约为200nm，比表面积为93.35m/g。

[0034] 实施例6

[0035] 本实施例在空气气氛中500℃保温10分钟，其他步骤与实施例5相同，得到大比表2
面积多孔片状铁酸锌(见图13)，铁酸锌纳米片的厚度约为180nm，比表面积为65.46m/g。