一種輕基氧化鐵納米棒-金納米顆粒雜化結(jié)構(gòu)的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種羥基氧化鐵納米棒-金納米顆粒雜化結(jié)構(gòu)的制備方法，通過(guò)氫氧化銨和檸檬酸分步共同還原氯金酸的條件下，在羥基氧化鐵納米棒的CTAB溶液中沉積了金納米顆粒尺寸為l-3nm的金納米顆粒。本發(fā)明的制備過(guò)程簡(jiǎn)單■’整個(gè)制備過(guò)程條件溫和，易于操作；制備得到的雜化結(jié)構(gòu)在催化等領(lǐng)域有重要應(yīng)用。
【專利說(shuō)明】一種羥基氧化鐵納米棒-金納米顆粒雜化結(jié)構(gòu)的制備方法
[0001]

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明屬于金屬-半導(dǎo)體納米材料的制備領(lǐng)域，特別涉及一種羥基氧化鐵納米棒-金納米顆粒雜化結(jié)構(gòu)的制備方法。
[0003]

【背景技術(shù)】
[0004]羥基氧化鐵的化學(xué)成分是a -FeOOH,是一類集吸附和光催化于一體的半導(dǎo)體材料。為了能夠更好的提高羥基氧化鐵的催化效果，現(xiàn)在很多的研究人員將目光對(duì)準(zhǔn)了羥基氧化鐵與其他納米材料的復(fù)合結(jié)構(gòu)，如當(dāng)將羥基氧化鐵與二氧化鈦復(fù)合后，由于二者的導(dǎo)帶能及差異，從而能夠使得光生電子在界面間發(fā)生自發(fā)遷移，使得光生電子和空穴有效分離，從而能夠提高光催化劑的量子效率。除此之外，半導(dǎo)體與金屬材料的復(fù)合結(jié)構(gòu)也在得到人們的關(guān)注，不過(guò)大多數(shù)的研究主要對(duì)象是硫化鎘或者硒化鎘納米材料和貴金屬之間的復(fù)合，通過(guò)構(gòu)建合適結(jié)構(gòu)的金屬半導(dǎo)體雜化結(jié)構(gòu)，就能夠?qū)崿F(xiàn)光生電子和空穴的分離，空穴留在半導(dǎo)體表面，而電子在儲(chǔ)存在金屬材料部分，這種復(fù)合結(jié)構(gòu)對(duì)于催化以及光能利用有重要影響。
[0005]但是對(duì)于羥基氧化鐵和金納米材料的復(fù)合結(jié)構(gòu)，迄今仍未有許多研究，但是對(duì)于羥基氧化鐵而言，由于其容易形成梭狀結(jié)構(gòu)，而通過(guò)光的照射作用，所產(chǎn)生的電子和空穴能夠有最大距離的分開(kāi)，如果再?gòu)?fù)合金屬納米顆粒，這種復(fù)合納米材料的催化性能將是非常值得期待。
[0006]對(duì)于這種有著應(yīng)用前景的復(fù)合納米材料，如何采用一種簡(jiǎn)便并且高效的方法來(lái)制備是大家所關(guān)注的重點(diǎn)。
[0007]


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的是針對(duì)上述問(wèn)題，研制出一種羥基氧化鐵納米棒-金納米顆粒的制備方法，通過(guò)在完全水相的環(huán)境下，使用常見(jiàn)的化學(xué)試劑，在較為溫和的條件下，制備出在羥基氧化鐵上沉積有直徑為1-3納米金納米顆粒的金屬半導(dǎo)體復(fù)合材料。
[0009]一種羥基氧化鐵納米棒-金納米顆粒雜化結(jié)構(gòu)的制備方法，其步驟如下:
步驟I):制備氯金酸，取Ig氯金酸固體溶于10ml水中，配制均一透明的溶液Α，在該制備過(guò)程中，所有容器均先使用王水清洗，再使用去離子水沖洗兩次，以下步驟均同；
步驟2):配制氫氧化銨ΝΗ40Η溶液，使用alfa公司所生產(chǎn)的質(zhì)量濃度為38%的氫氧化銨，稀釋10倍，配制得到溶液B;
步驟3):在室溫緩慢攪拌條件下，向50-100ml的A溶液中緩慢加入10_50mlB溶液，得到均一透明的溶液C ; 步驟4):使用水合氧化鐵(Fe5H08.4H20)納米粒子為前驅(qū)化合物，以CTAB作為表面活性劑，在反應(yīng)溫度為90°C、反應(yīng)液的pH值為6、老化時(shí)間為120小時(shí)的條件下，經(jīng)水解反應(yīng)制備了棒狀羥基氧化鐵a -FeOOH納米溶液D，其長(zhǎng)度為50_100nm ；
步驟5):取羥基氧化鐵納米溶液濃度為0.0OlM的溶液D和溶液C混合，然后進(jìn)行加熱，將溫度升至60-100°C，并加入l_3ml檸檬酸鈉溶液，攪拌0.5-2小時(shí)，隨后冷卻至室溫，得到淡黃色溶液E ；
步驟6):將淡黃色溶液E進(jìn)行離心分離，去離子水和乙醇洗滌，即可獲得穩(wěn)定的水溶性的輕基氧化鐵納米棒-金納米顆粒雜化結(jié)構(gòu)，金納米顆粒的尺寸為l_3nm。
[0010]作為優(yōu)選，步驟5)中反應(yīng)溫度為80V O
[0011]作為優(yōu)選,步驟5)中的攪拌速度為1500rpm/min。
[0012]本發(fā)明的合成機(jī)理可能為氫氧化銨首先還原氯金酸，得到金納米顆粒前驅(qū)體，在將該前驅(qū)體與羥基氧化鐵納米棒的CTAB溶液混合，通過(guò)在高溫條件下加入少量的檸檬酸鈉，金納米顆粒在羥基氧化鐵上異相成核，從而形成羥基氧化鐵納米棒-金納米顆粒復(fù)合材料。
[0013]在本發(fā)明中，氫氧化銨和檸檬酸鈉的雙還原劑的兩步還原作用非常重要，當(dāng)只使用氫氧化銨進(jìn)行還原時(shí)，容易得不到含有金納米顆粒的復(fù)合材料，或者所形成的金納米顆粒不在羥基氧化鐵上均勻分散；而當(dāng)只使用檸檬酸鈉時(shí)，所形成的金納米顆粒將具有非常大的粒徑，一般都在15nm以上，并且此時(shí)的金納米顆粒很容易均相成核，只會(huì)形成金納米顆粒，不容易與羥基氧化鐵進(jìn)行復(fù)合。羥基氧化鐵納米棒溶液中的CTAB對(duì)于羥基氧化鐵納米棒-金納米顆粒復(fù)合材料的穩(wěn)定性也有重要影響，同時(shí)，由于納米材料在制備過(guò)程中，反應(yīng)的溫度、時(shí)間以及反應(yīng)的快慢等工藝參數(shù)都會(huì)對(duì)復(fù)合納米材料的生成產(chǎn)生重要影響。
[0014]本發(fā)明的有益效果:
(1)本發(fā)明的制備過(guò)程簡(jiǎn)單，并且大多為水相的制備工藝，沒(méi)有添加有機(jī)溶劑，實(shí)驗(yàn)條件溫和，綠色環(huán)保；
(2)本發(fā)明制備工藝可控，通過(guò)調(diào)節(jié)各工藝參數(shù)，也能相應(yīng)調(diào)節(jié)復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)和組成；
(3)本發(fā)明制備得到的在羥基氧化鐵納米棒上沉積的金納米顆粒具有均一的形貌和超小的尺寸；最小的尺寸可小至lnm，該尺寸的復(fù)合納米材料將在光催化以及熱催化等諸多領(lǐng)域有重要應(yīng)用。
[0015](4)本發(fā)明制備羥基氧化鐵納米棒-金納米顆粒雜化結(jié)構(gòu)的方法重復(fù)性好，便于工業(yè)生產(chǎn)。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0016]以下，結(jié)合附圖來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方案，其中:
圖1為本發(fā)明實(shí)施例1所制備的羥基氧化鐵納米棒-金納米顆粒雜化結(jié)構(gòu)TEM圖；
圖2為本發(fā)明實(shí)施例2所制備的羥基氧化鐵納米棒-金納米顆粒雜化結(jié)構(gòu)能譜圖；
圖3為本發(fā)明實(shí)施例3所制備的羥基氧化鐵納米棒-金納米顆粒雜化結(jié)構(gòu)STEM圖圖4為本發(fā)明對(duì)比例I所制備的羥基氧化鐵納米棒(沒(méi)有沉積上金納米顆粒)TEM圖。

【具體實(shí)施方式】
[0017]下面結(jié)合具體的實(shí)施例，并參照數(shù)據(jù)進(jìn)一步詳細(xì)描述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實(shí)施例只是為了舉例說(shuō)明本發(fā)明，而非以任何方式限制本發(fā)明的范圍。
[0018]實(shí)施例1:
一種羥基氧化鐵納米棒-金納米顆粒雜化結(jié)構(gòu)的制備方法:
步驟I):制備氯金酸，取Ig氯金酸固體溶于10ml水中，配制均一透明的溶液A，在該制備過(guò)程中，所有容器均先使用王水清洗，再使用去離子水沖洗兩次，以下步驟均同；
步驟2):配制氫氧化銨NH40H溶液，使用alfa公司所生產(chǎn)的質(zhì)量濃度為38%的氫氧化銨，稀釋10倍，配制得到溶液B;
步驟3):在室溫緩慢攪拌條件下，向50ml的A溶液中緩慢加入1mlB溶液，得到均一透明的溶液C ;
步驟4):使用水合氧化鐵(Fe5H08.4H20)納米粒子為前驅(qū)化合物，以CTAB作為表面活性劑，在反應(yīng)溫度為90°C、反應(yīng)液的pH值為6、老化時(shí)間為120小時(shí)的條件下，經(jīng)水解反應(yīng)制備了棒狀羥基氧化鐵a -FeOOH納米溶液D，其長(zhǎng)度為70nm ；
步驟5):取羥基氧化鐵納米溶液濃度為0.0OlM的溶液D和溶液C混合，然后進(jìn)行加熱，將溫度升至80°C，并加入2ml檸檬酸鈉溶液，攪拌I小時(shí)，隨后冷卻至室溫，得到淡黃色溶液E ；
步驟6):將淡黃色溶液E進(jìn)行離心分離，去離子水和乙醇洗滌，即可獲得穩(wěn)定的水溶性的輕基氧化鐵納米棒-金納米顆粒雜化結(jié)構(gòu)，金納米顆粒的尺寸為1.5nm。
[0019]實(shí)施例2:
一種羥基氧化鐵納米棒-金納米顆粒雜化結(jié)構(gòu)的制備方法:
步驟I):制備氯金酸，取Ig氯金酸固體溶于10ml水中，配制均一透明的溶液A，在該制備過(guò)程中，所有容器均先使用王水清洗，再使用去離子水沖洗兩次，以下步驟均同；
步驟2):配制氫氧化銨NH40H溶液，使用alfa公司所生產(chǎn)的質(zhì)量濃度為38%的氫氧化銨，稀釋10倍，配制得到溶液B;
步驟3):在室溫緩慢攪拌條件下，向10ml的A溶液中緩慢加入50mlB溶液，得到均一透明的溶液C ;
步驟4):使用水合氧化鐵(Fe5H08.4H20)納米粒子為前驅(qū)化合物，以CTAB作為表面活性劑，在反應(yīng)溫度為90°C、反應(yīng)液的pH值為6、老化時(shí)間為120小時(shí)的條件下，經(jīng)水解反應(yīng)制備了棒狀羥基氧化鐵a -FeOOH納米溶液D，其長(zhǎng)度為10nm ；
步驟5):取羥基氧化鐵納米溶液濃度為0.0OlM的溶液D和溶液C混合，然后進(jìn)行加熱，將溫度升至100°C，并加入Iml檸檬酸鈉溶液，攪拌2小時(shí)，隨后冷卻至室溫，得到淡黃色溶液E ；
步驟6):將淡黃色溶液E進(jìn)行離心分離，去離子水和乙醇洗滌，即可獲得穩(wěn)定的水溶性的輕基氧化鐵納米棒-金納米顆粒雜化結(jié)構(gòu)，金納米顆粒的尺寸為2nm。
[0020]實(shí)施例3:
一種羥基氧化鐵納米棒-金納米顆粒雜化結(jié)構(gòu)的制備方法:
步驟I):制備氯金酸，取Ig氯金酸固體溶于10ml水中，配制均一透明的溶液A，在該制備過(guò)程中，所有容器均先使用王水清洗，再使用去離子水沖洗兩次，以下步驟均同； 步驟2):配制氫氧化銨NH40H溶液，使用alfa公司所生產(chǎn)的質(zhì)量濃度為38%的氫氧化銨，稀釋10倍，配制得到溶液B;
步驟3):在室溫緩慢攪拌條件下，向10ml的A溶液中緩慢加入50mlB溶液，得到均一透明的溶液C ;
步驟4):使用水合氧化鐵(Fe5H08.4H20)納米粒子為前驅(qū)化合物，以CTAB作為表面活性劑，在反應(yīng)溫度為80°C、反應(yīng)液的pH值為6、老化時(shí)間為120小時(shí)的條件下，經(jīng)水解反應(yīng)制備了棒狀羥基氧化鐵a -FeOOH納米溶液D，其長(zhǎng)度為90nm ；
步驟5):取羥基氧化鐵納米溶液濃度為0.0OlM的溶液D和溶液C混合，然后進(jìn)行加熱，將溫度升至100°C，并加入Iml檸檬酸鈉溶液，攪拌2小時(shí)，隨后冷卻至室溫，得到淡黃色溶液E ；
步驟6):將淡黃色溶液E進(jìn)行離心分離，去離子水和乙醇洗滌，即可獲得穩(wěn)定的水溶性的輕基氧化鐵納米棒-金納米顆粒雜化結(jié)構(gòu)，金納米顆粒的尺寸為2nm。
[0021]實(shí)施例4:
一種羥基氧化鐵納米棒-金納米顆粒雜化結(jié)構(gòu)的制備方法:
步驟I):制備氯金酸，取Ig氯金酸固體溶于10ml水中，配制均一透明的溶液A，在該制備過(guò)程中，所有容器均先使用王水清洗，再使用去離子水沖洗兩次，以下步驟均同；
步驟2):配制氫氧化銨NH40H溶液，使用alfa公司所生產(chǎn)的質(zhì)量濃度為38%的氫氧化銨，稀釋10倍，配制得到溶液B;
步驟3):在室溫緩慢攪拌條件下，向50ml的A溶液中緩慢加入50mlB溶液，得到均一透明的溶液C ;
步驟4):使用水合氧化鐵(Fe5H08.4H20)納米粒子為前驅(qū)化合物，以CTAB作為表面活性劑，在反應(yīng)溫度為90°C、反應(yīng)液的pH值為6、老化時(shí)間為120小時(shí)的條件下，經(jīng)水解反應(yīng)制備了棒狀羥基氧化鐵a -FeOOH納米溶液D，其長(zhǎng)度為70nm ；
步驟5):取羥基氧化鐵納米溶液濃度為0.0OlM的溶液D和溶液C混合，然后進(jìn)行加熱，將溫度升至90°C，并加入2ml檸檬酸鈉溶液，攪拌I小時(shí)，隨后冷卻至室溫，得到淡黃色溶液E ；
步驟6):將淡黃色溶液E進(jìn)行離心分離，去離子水和乙醇洗滌，即可獲得穩(wěn)定的水溶性的輕基氧化鐵納米棒-金納米顆粒雜化結(jié)構(gòu)，金納米顆粒的尺寸為3nm。
[0022]實(shí)施例5:
一種羥基氧化鐵納米棒-金納米顆粒雜化結(jié)構(gòu)的制備方法:
步驟I):制備氯金酸，取Ig氯金酸固體溶于10ml水中，配制均一透明的溶液A，在該制備過(guò)程中，所有容器均先使用王水清洗，再使用去離子水沖洗兩次，以下步驟均同；
步驟2):配制氫氧化銨NH40H溶液，使用alfa公司所生產(chǎn)的質(zhì)量濃度為38%的氫氧化銨，稀釋10倍，配制得到溶液B;
步驟3):在室溫緩慢攪拌條件下，向50ml的A溶液中緩慢加入1mlB溶液，得到均一透明的溶液C ;
步驟4):使用水合氧化鐵(Fe5H08.4H20)納米粒子為前驅(qū)化合物，以CTAB作為表面活性劑，在反應(yīng)溫度為90°C、反應(yīng)液的pH值為6、老化時(shí)間為120小時(shí)的條件下，經(jīng)水解反應(yīng)制備了棒狀羥基氧化鐵a -FeOOH納米溶液D，其長(zhǎng)度為70nm ； 步驟5):取羥基氧化鐵納米溶液濃度為0.0OlM的溶液D和溶液C混合，然后進(jìn)行加熱，將溫度升至60°C，并加入Iml檸檬酸鈉溶液，攪拌I小時(shí)，隨后冷卻至室溫，得到淡黃色溶液E ；
步驟6):將淡黃色溶液E進(jìn)行離心分離，去離子水和乙醇洗滌，即可獲得穩(wěn)定的水溶性的輕基氧化鐵納米棒-金納米顆粒雜化結(jié)構(gòu)，金納米顆粒的尺寸為3nm。
[0023]對(duì)比例1:
一種納米材料的制備方法:
步驟I):制備氯金酸，取Ig氯金酸固體溶于10ml水中，配制均一透明的溶液A，在該制備過(guò)程中，所有容器均先使用王水清洗，再使用去離子水沖洗兩次，以下步驟均同；
步驟2):配制氫氧化銨NH40H溶液，使用alfa公司所生產(chǎn)的質(zhì)量濃度為38%的氫氧化銨，稀釋10倍，配制得到溶液B;
步驟3):在室溫緩慢攪拌條件下，向50ml的A溶液中緩慢加入1mlB溶液，得到均一透明的溶液C ;
步驟4):使用水合氧化鐵(Fe5H08.4H20)納米粒子為前驅(qū)化合物，以CTAB作為表面活性劑，在反應(yīng)溫度為90°C、反應(yīng)液的pH值為6、老化時(shí)間為120小時(shí)的條件下，經(jīng)水解反應(yīng)制備了棒狀羥基氧化鐵a -FeOOH納米溶液D，其長(zhǎng)度為70nm ；
步驟5):取羥基氧化鐵納米溶液濃度為0.0OlM的溶液D和溶液C混合，然后進(jìn)行加熱，將溫度升至80°C，攪拌I小時(shí)，隨后冷卻至室溫，得到溶液E ；
步驟6):將溶液E進(jìn)行離心分離，去離子水和乙醇洗滌，即可獲得產(chǎn)物，不過(guò)沒(méi)有金納米顆粒沉積在羥基氧化鐵上。
[0024]對(duì)比例2:
一種納米材料的制備方法:
步驟I):制備氯金酸，取Ig氯金酸固體溶于10ml水中，配制均一透明的溶液A，在該制備過(guò)程中，所有容器均先使用王水清洗，再使用去離子水沖洗兩次，以下步驟均同；
步驟2):配制氫氧化銨NH40H溶液，使用alfa公司所生產(chǎn)的質(zhì)量濃度為38%的氫氧化銨，稀釋10倍，配制得到溶液B;
步驟3):在室溫緩慢攪拌條件下，向50ml的A溶液中緩慢加入1mlB溶液，得到均一透明的溶液C ;
步驟4):使用水合氧化鐵(Fe5H08.4H20)納米粒子為前驅(qū)化合物，以CTAB作為表面活性劑，在反應(yīng)溫度為90°C、反應(yīng)液的pH值為6、老化時(shí)間為120小時(shí)的條件下，經(jīng)水解反應(yīng)制備了棒狀羥基氧化鐵a -FeOOH納米溶液D，其長(zhǎng)度為70nm ；
步驟5):取羥基氧化鐵納米溶液濃度為0.0OlM的溶液D和溶液C混合，然后進(jìn)行加熱，將溫度升至40°C，并加入2ml檸檬酸鈉溶液，攪拌I小時(shí)，隨后冷卻至室溫，得到液E ；
步驟6):將溶液E進(jìn)行離心分離，去離子水和乙醇洗滌，也不能得到氧化鐵納米棒-金納米顆粒雜化結(jié)構(gòu)，沒(méi)有金納米顆粒，只有羥基氧化鐵納米棒。
【權(quán)利要求】
1.一種羥基氧化鐵納米棒-金納米顆粒雜化結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于: 步驟I):制備氯金酸，取Ig氯金酸固體溶于10ml水中，配制均一透明的溶液A，在該制備過(guò)程中，所有容器均先使用王水清洗，再使用去離子水沖洗兩次，以下步驟均同； 步驟2):配制氫氧化銨NH40H溶液，使用alfa公司所生產(chǎn)的質(zhì)量濃度為38%的氫氧化銨，稀釋10倍，配制得到溶液B; 步驟3):在室溫緩慢攪拌條件下，向50-100ml的A溶液中緩慢加入10_50mlB溶液，得到均一透明的溶液C ; 步驟4):使用水合氧化鐵(Fe5H08.4H20)納米粒子為前驅(qū)化合物，以CTAB作為表面活性劑，在反應(yīng)溫度為90°C、反應(yīng)液的pH值為6、老化時(shí)間為120小時(shí)的條件下，經(jīng)水解反應(yīng)制備了棒狀羥基氧化鐵a -FeOOH納米溶液D，其長(zhǎng)度為50_100nm ； 步驟5):取羥基氧化鐵納米溶液濃度為0.0OlM的溶液D和溶液C混合，然后進(jìn)行加熱，將溫度升至60-100°C，并加入l_3ml檸檬酸鈉溶液，攪拌0.5-2小時(shí)，隨后冷卻至室溫，得到淡黃色溶液E ； 步驟6):將淡黃色溶液E進(jìn)行離心分離，去離子水和乙醇洗滌，即可獲得穩(wěn)定的水溶性的輕基氧化鐵納米棒-金納米顆粒雜化結(jié)構(gòu)，金納米顆粒的尺寸為l_3nm。
2.一種如權(quán)利要求1所述的羥基氧化鐵納米棒-金納米顆粒雜化結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于步驟5)中反應(yīng)溫度為80°C。
3.—種如權(quán)利要求1或2所述的羥基氧化鐵納米棒-金納米顆粒雜化結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于步驟5)中的攪拌速度為1500rpm/min。
【文檔編號(hào)】B82Y30/00GK104209534SQ201410368626
【公開(kāi)日】2014年12月17日 申請(qǐng)日期:2014年7月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月30日
【發(fā)明者】黃曉明, 呂帥 申請(qǐng)人:蘇州鉉動(dòng)三維空間科技有限公司