本發(fā)明屬于納米技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種單分散的FePt/Fe₃O₄混合納米顆粒的制備方法。

背景技術(shù)：

單分散的Fe₃O₄磁性納米顆粒具有軟磁性好、生物兼容性強(qiáng)的顯著特點(diǎn)，在磁性分離、醫(yī)學(xué)成像、生物傳感器等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。與Fe₃O₄不同，單分散的FePt納米顆粒具有優(yōu)良的電催化活性和穩(wěn)定性，磁有序結(jié)構(gòu)的FePt納米顆粒還有優(yōu)異的硬磁性，在燃料電池催化、超高密度磁存儲、高性能永磁鐵等方面擁有極大的應(yīng)用前景。因此，成功制備單分散的FePt/Fe₃O₄混合納米顆粒，將會同時擁有這些優(yōu)異的性能，從而極大的拓寬材料的應(yīng)用范圍。

當(dāng)前，制備單分散的FePt/Fe₃O₄混合納米顆粒的方法是先分別制備單分散的FePt和Fe₃O₄納米顆粒；然后將兩種納米顆粒分別分散在溶劑中，形成單分散的FePt納米顆粒溶液和單分散的Fe₃O₄納米顆粒溶液；最后將兩種單分散納米顆粒溶液混合在一起，制備單分散的FePt/Fe₃O₄混合納米顆粒。顯然，這種方法存在諸多不足之處。首先是操作過程復(fù)雜，步驟繁瑣；其次是兩者顆粒由于制備方法的不同，其所使用的分散體系也不同，在兩者混合的過程中，可能會存在分散體系的相互作用從而失去分散效果，導(dǎo)致納米顆粒團(tuán)聚等；此外，不同粒子合成時的酸堿條件或親疏水性不同，這樣在粒子表面吸附以保持其分散性的官能團(tuán)也不一樣，在混合過程中也會破壞原體系的分散性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明對現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行改良，提出一種制備單分散的FePt/Fe₃O₄混合納米顆粒的制備方法，該方法采用原位法制備FePt/Fe₃O₄混合納米顆粒，具有成本低，操作簡單，產(chǎn)品質(zhì)量高、穩(wěn)定性好等顯著特點(diǎn)，采用本方法制備出單分散的FePt/Fe₃O₄混合納米顆粒，為多功能復(fù)合納米顆粒的應(yīng)用開發(fā)提供便利條件。

本發(fā)明的一種單分散的FePt/Fe₃O₄混合納米顆粒的制備方法，包括以下步驟：

步驟1，熱分解還原制備FePt納米顆粒

在惰性氣體氛圍中，將油酸、油胺、還原劑、Pt(acac)₂依次加入溶劑中，攪拌均勻后，進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱溫度為100～120℃，預(yù)熱時間為5～30min，然后，加入Fe(CO)₅，升溫至150～280℃保溫1～2h，制得FePt納米顆粒；

其中，按體積比，油酸∶油胺∶Fe(CO)₅∶溶劑＝(1～3)∶(2～5)∶(0.03～0.15)∶(5～20)；按摩爾比，F(xiàn)e(CO)₅∶還原劑∶Pt(acac)₂＝(2～10)∶(1～5)∶1；

所述的還原劑為1，2-十六烷二醇、1，2-十二烷二醇或硼氫化鈉中的一種；

步驟2，原位加熱制備單分散的FePt/Fe₃O₄混合納米顆粒：

(1)將FePt納米顆粒分散在烷烴溶劑中，得到質(zhì)量濃度≥0.5g/L的FePt納米顆粒的烷烴溶液；

(2)向反應(yīng)溶劑中，加入FePt納米顆粒的烷烴溶液，得到反應(yīng)體系；將反應(yīng)體系升溫至50～250℃，保溫0.5～4h，制得單分散的FePt/Fe₃O₄混合納米顆粒；其中，F(xiàn)ePt納米顆粒在反應(yīng)溶劑中的質(zhì)量濃度≥2g/L。

所述的步驟1中，所述的惰性氣體氛圍為Ar、N₂中的一種；

所述的步驟1中，所述的溶劑為二芐醚或二辛醚中的一種或兩種混合，當(dāng)為兩種混合時，混合比例為任意比；

所述的步驟1中，所述的預(yù)熱，預(yù)熱設(shè)備是加熱爐；

所述的步驟1中，所述的預(yù)熱的目的在于去除體系中的水蒸氣；

所述的步驟1中，制備FePt的方法為熱分解還原法，F(xiàn)e(CO)₅和Pt(acac)₂為前驅(qū)體，油酸、油胺為表面活性劑；

所述的步驟2(1)中，所述的烷烴溶劑為正己烷、正庚烷、正辛烷中的一種或幾種混合，當(dāng)烷烴溶劑為混合溶劑時，混合比例為任意比。

所述的步驟2(2)中，所述的反應(yīng)溶劑為油酸、油胺、十八烯或二芐醚中的一種有機(jī)試劑或幾種混合溶液；當(dāng)反應(yīng)溶劑為混合溶液時，混合比例為任意比。

所述的步驟2(2)中，所述的升溫，升溫速率為0.1～10℃/min。

所述的步驟2(2)中，反應(yīng)體系升溫過程在一定的氣氛環(huán)境中進(jìn)行，所述的氣氛環(huán)境為真空、大氣或氧氣環(huán)境中的一種。

所述的單分散的FePt/Fe₃O₄混合納米顆粒的制備方法中，在整個過程中，加入0～12T磁場強(qiáng)度的磁場，可以通過改變磁場強(qiáng)度進(jìn)而調(diào)控單分散的FePt/Fe₃O₄混合納米顆粒中Fe₃O₄顆粒的尺寸。

所述的步驟2(2)中，此過程是將游離的Fe原位氧化成Fe₃O₄，所制備Fe₃O₄在單分散的FePt/Fe₃O₄混合納米顆粒中的體積分?jǐn)?shù)為5％～90％。

本發(fā)明的一種單分散的FePt/Fe₃O₄混合納米顆粒的制備方法，與現(xiàn)有技術(shù)相比，其有益效果在于：

(1)本發(fā)明的制備方法，操作步驟簡單，簡化了制備步驟，僅需兩步即可完成；

(2)本發(fā)明的制備方法，F(xiàn)e前驅(qū)體利用率高，節(jié)約成本，在熱分解還原過程中，大量游離的Fe原子或離子生長為納米顆粒，在原位加熱過程中，游離的Fe氧化成Fe₃O₄納米顆粒，不需要額外制備；

(3)本發(fā)明制備的單分散的FePt/Fe₃O₄混合納米顆粒，顆粒分散穩(wěn)定，不存在團(tuán)聚問題；制備的FePt/Fe₃O₄混合納米顆粒處于同質(zhì)溶劑體系，不存在混合過程破壞分散體系的問題。

(4)對混合顆粒中Fe₃O₄顆粒的尺寸控制簡單，在加熱過程中使用磁場即可實(shí)現(xiàn)控制，不需要在制備過程中通過溫度、時間、反應(yīng)體系等調(diào)控。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例1～4制備的FePt/Fe₃O₄混合納米顆粒的TEM圖；其中，(a)由實(shí)施例1制得；(b)由實(shí)施例2制得；(c)由實(shí)施例3制得；(d)由實(shí)施例4制得；圖中A對應(yīng)的深灰色顆粒表示FePt納米顆粒，圖中B對應(yīng)的淺灰色顆粒表示Fe₃O₄納米顆粒；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例1～2制備的FePt納米顆粒的尺寸分布圖；其中，(a)由實(shí)施例1制得；(b)由實(shí)施例2制得；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例1～4制備的Fe₃O₄納米顆粒的尺寸分布圖；其中，(a)由實(shí)施例1制得；(b)由實(shí)施例2制得；(c)由實(shí)施例3制得；(d)由實(shí)施例4制得；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例1制備的FePt/Fe₃O₄混合納米顆粒的選區(qū)電子衍射圖；

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。

實(shí)施例1

一種單分散的FePt/Fe₃O₄混合納米顆粒的制備方法，包括以下步驟：

步驟1，熱分解還原制備FePt納米顆粒

在Ar氛圍中，將油酸、油胺、1，2-十六烷二醇、Pt(acac)₂依次加入二芐醚中，攪拌均勻后，置于加熱爐進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱溫度為100℃，預(yù)熱時間為30min，然后，加入Fe(CO)₅，升溫至185℃保溫1h，制得FePt納米顆粒；

其中，按體積比，油酸∶油胺∶Fe(CO)₅∶二芐醚＝1∶2∶0.03∶5；按摩爾比，F(xiàn)e(CO)₅∶1，2-十六烷二醇∶Pt(acac)₂＝2∶1∶1；

步驟2，原位加熱制備單分散的FePt/Fe₃O₄混合納米顆粒：

(1)將FePt納米顆粒分散在正己烷中，得到質(zhì)量濃度為0.5g/L的FePt納米顆粒的正己烷溶液；

(2)向油胺中，加入FePt納米顆粒的正己烷溶液，得到反應(yīng)體系；將反應(yīng)體系在大氣環(huán)境中加熱升溫至150℃，加熱速率為5℃/min，保溫1h，制得單分散的FePt/Fe₃O₄混合納米顆粒；其中，F(xiàn)ePt納米顆粒在油胺中的質(zhì)量濃度為2g/L。

本實(shí)施例制得的單分散的FePt/Fe₃O₄混合納米顆粒的TEM圖見圖1(a)，從圖1(a)可見，F(xiàn)ePt納米顆粒(A)和Fe₃O₄納米顆粒(B)分散性良好，其中，F(xiàn)e₃O₄納米顆粒占單分散的FePt/Fe₃O₄混合納米顆粒的體積分?jǐn)?shù)為66.34％。

本實(shí)施例制得的單分散的FePt/Fe₃O₄混合納米顆粒中，F(xiàn)ePt納米顆粒的尺寸分布圖見圖2(a)，F(xiàn)e₃O₄納米顆粒的尺寸分布圖見圖3(a)，從圖中可以看出兩種顆粒尺寸均處于納米量級且分布均勻。

本實(shí)施例制得的單分散的FePt/Fe₃O₄混合納米顆粒的選區(qū)電子衍射圖見圖4，從圖4中可以發(fā)現(xiàn)FePt納米顆粒面心立方結(jié)構(gòu)和Fe₃O₄納米顆粒的衍射環(huán)。

以上結(jié)果表明，成功制備了分散性好、尺寸均勻的FePt/Fe₃O₄混合納米顆粒。

實(shí)施例2

一種單分散的FePt/Fe₃O₄混合納米顆粒的制備方法，同實(shí)施例1，不同之處在于，在整個過程中，加入6T磁場強(qiáng)度的磁場，制得單分散的FePt/Fe₃O₄混合納米顆粒；

本實(shí)施例制得的單分散的FePt/Fe₃O₄混合納米顆粒的TEM圖見圖1(b)，從圖1(b)可見，在施加強(qiáng)磁場條件下，成功制備了FePt/Fe₃O₄混合納米顆粒，F(xiàn)ePt納米顆粒(A)和Fe₃O₄納米顆粒(B)分散性依然良好，強(qiáng)磁場并沒有影響納米顆粒的分散性。

本實(shí)施例制得的單分散的FePt/Fe₃O₄混合納米顆粒中，F(xiàn)ePt納米顆粒的尺寸分布圖見圖2(b)，F(xiàn)e₃O₄納米顆粒的尺寸分布圖見圖3(b)，從圖中可以看出兩種顆粒尺寸均處于納米量級且分布均勻；，其中，F(xiàn)e₃O₄納米顆粒占單分散的FePt/Fe₃O₄混合納米顆粒的體積分?jǐn)?shù)為63.67％。

同實(shí)施例1不加入磁場的制備方法相比，F(xiàn)ePt納米顆粒的尺寸沒有變化，F(xiàn)e₃O₄納米顆粒的尺寸明顯降低。這說明強(qiáng)磁場沒有改變FePt納米顆粒的尺寸，但是可以有效的降低Fe₃O₄納米顆粒的尺寸，可以通過施加強(qiáng)磁場實(shí)現(xiàn)調(diào)控FePt/Fe₃O₄混合納米顆粒中Fe₃O₄納米顆粒的尺寸。

實(shí)施例3

一種單分散的FePt/Fe₃O₄混合納米顆粒的制備方法，包括以下步驟：

步驟1，熱分解還原制備FePt納米顆粒，同實(shí)施例1；

步驟2，原位加熱制備單分散的FePt/Fe₃O₄混合納米顆粒：

(1)將FePt納米顆粒分散在正己烷中，得到質(zhì)量濃度為0.5g/L的FePt納米顆粒的正己烷溶液；

(2)向油酸、油胺、十八烯和二芐醚的混合溶劑中，加入FePt納米顆粒的正己烷溶液，得到反應(yīng)體系；其中，按體積比，油酸∶油胺∶十八烯∶二芐醚＝1∶1∶1∶2；FePt納米顆粒在混合溶劑中的質(zhì)量濃度為2g/L；

將反應(yīng)體系在大氣環(huán)境中加熱升溫至250℃，加熱速率為5℃/min，保溫1h，制得單分散的FePt/Fe₃O₄混合納米顆粒。

本實(shí)施例制得的的單分散的FePt/Fe₃O₄混合納米顆粒的TEM圖見圖1(c)，從圖1(c)中，可以看出，F(xiàn)ePt納米顆粒(A)和Fe₃O₄納米顆粒(B)分散性良好，同實(shí)施例1的TEM圖進(jìn)行對比，不同的反應(yīng)溶劑體系和反應(yīng)溫度也可以制備單分散性良好的FePt/Fe₃O₄混合納米顆粒。

本實(shí)施例制得的的單分散的FePt/Fe₃O₄混合納米顆粒中，F(xiàn)e₃O₄納米顆粒的尺寸分布圖見圖3(c)，F(xiàn)e₃O₄納米顆粒占單分散的FePt/Fe₃O₄混合納米顆粒的體積分?jǐn)?shù)為76.45％。

實(shí)施例4

一種單分散的FePt/Fe₃O₄混合納米顆粒的制備方法，同實(shí)施例3，不同之處在于，在整個過程中，加入12T磁場強(qiáng)度的磁場，制得單分散的FePt/Fe₃O₄混合納米顆粒；

本實(shí)施例制得的單分散的FePt/Fe₃O₄混合納米顆粒的TEM圖見圖1(d)，從圖1(d)可見，在施加強(qiáng)磁場條件下，F(xiàn)ePt納米顆粒(A)和Fe₃O₄納米顆粒(B)分散性依然良好，強(qiáng)磁場并沒有影響納米顆粒的分散性。

本實(shí)施例制得的單分散的FePt/Fe₃O₄混合納米顆粒中，F(xiàn)e₃O₄納米顆粒的尺寸分布圖見圖3(d)，從圖中可以看出Fe₃O₄納米顆粒尺寸均處于納米量級且分布均勻；，其中，F(xiàn)e₃O₄納米顆粒占單分散的FePt/Fe₃O₄混合納米顆粒的體積分?jǐn)?shù)為74.32％。

同實(shí)施例3不加入磁場的制備方法相比，F(xiàn)e₃O₄納米顆粒的尺寸明顯降低。這再一次說明強(qiáng)磁場可以有效的降低Fe₃O₄納米顆粒的尺寸，可以通過施加強(qiáng)磁場實(shí)現(xiàn)調(diào)控FePt/Fe₃O₄混合納米顆粒中Fe₃O₄納米顆粒的尺寸。

以上結(jié)果表明，可以制備出分散性良好的FePt/Fe₃O₄混合納米顆粒，F(xiàn)ePt/Fe₃O₄混合納米顆粒中Fe₃O₄的尺寸可以通過反應(yīng)溶劑體系、反應(yīng)溫度以及磁場強(qiáng)度調(diào)控。

實(shí)施例5

一種單分散的FePt/Fe₃O₄混合納米顆粒的制備方法，包括以下步驟：

步驟1，熱分解還原制備FePt納米顆粒

在N₂氛圍中，將油酸、油胺、1，2-十二烷二醇、Pt(acac)₂依次加入二辛醚中，攪拌均勻后，置于加熱爐進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱溫度為120℃，預(yù)熱時間為5min，然后，加入Fe(CO)₅，升溫至150℃保溫2h，制得FePt納米顆粒；

其中，按體積比，油酸∶油胺∶Fe(CO)₅∶二辛醚＝3∶5∶0.15∶20；按摩爾比，F(xiàn)e(CO)₅∶1，2-十二烷二醇∶Pt(acac)₂＝10∶5∶1；

步驟2，原位加熱制備單分散的FePt/Fe₃O₄混合納米顆粒：

(1)將FePt納米顆粒分散在正己烷和正辛烷的混合溶液中，得到質(zhì)量濃度為0.5g/L的FePt納米顆粒的烷烴溶液；其中，按體積比，正己烷∶正辛烷＝9∶1；

(2)向油胺中，加入FePt納米顆粒的烷烴溶液，得到反應(yīng)體系；將反應(yīng)體系在真空環(huán)境中加熱升溫至50℃，加熱速率為0.1℃/min，保溫4h，制得單分散的FePt/Fe₃O₄混合納米顆粒；其中，F(xiàn)ePt納米顆粒在油胺中的質(zhì)量濃度為3g/L。

本實(shí)施例中，F(xiàn)e₃O₄在單分散的FePt/Fe₃O₄混合納米顆粒中的體積分?jǐn)?shù)約為5％。

實(shí)施例6

一種單分散的FePt/Fe₃O₄混合納米顆粒的制備方法，包括以下步驟：

步驟1，熱分解還原制備FePt納米顆粒

在Ar氛圍中，將油酸、油胺、硼氫化鈉、Pt(acac)₂依次加入二芐醚中，攪拌均勻后，置于加熱爐進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱溫度為110℃，預(yù)熱時間為15min，然后，加入Fe(CO)₅，升溫至280℃保溫1h，制得FePt納米顆粒；

其中，按體積比，油酸：油胺∶Fe(CO)₅∶二芐醚＝2：3∶0.1∶12；按摩爾比，F(xiàn)e(CO)₅∶硼氫化鈉∶Pt(acac)₂＝8∶3∶1；

步驟2，原位加熱制備單分散的FePt/Fe₃O₄混合納米顆粒：

(1)將FePt納米顆粒分散在正己烷和正辛烷的混合溶液中，得到質(zhì)量濃度為1g/L的FePt納米顆粒的烷烴溶液；其中，按體積比，正己烷∶正辛烷＝9∶1；

(2)向油胺中，加入FePt納米顆粒的烷烴溶液，得到反應(yīng)體系；在8T磁場作用下，將反應(yīng)體系在氧氣環(huán)境中加熱升溫至250℃，加熱速率為10℃/min，保溫0.5h，制得單分散的FePt/Fe₃O₄混合納米顆粒；其中，F(xiàn)ePt納米顆粒在油胺中的質(zhì)量濃度為2g/L。

本實(shí)施例中，F(xiàn)e₃O₄在單分散的FePt/Fe₃O₄混合納米顆粒中的體積分?jǐn)?shù)約為90％。