1959年,著名物理学家、诺贝尔奖获得者理查德•费因曼教授发表了一个叫做“There’s Plenty of Room at the Bottom”演讲[1],在该演讲中,理查德·费因曼教授预言到或许有一天人类可以制造出相对小的机器,使其来制造更小的机器,最后人类可以通过自己的意愿逐个排列原子来制造产品,可以说这是当时对纳米科技的最早幻想,同时这个演讲也可以被看作是纳米科技的起源。
随着纳米科技飞速般发展,纳米科技对人类生活、对社会发展、经济发达产生了重大影响,而纳米材料造成的科技进步尤为重要。纳米材料因其特殊的界面结构,其特殊的物理和化学性质相比其它普通材料有着更加广泛的用途,其特殊的性质能在医疗、电子、生物工程等现代热门领域大展拳脚。其中,纳米半导体氧化物特别受到研究者的关注,其既有纳米材料的特性,又有半导体的特殊性质对现在的传统材料可以说是一次颠覆。[2]
1.2 氧化铁文献综述
1.3 纳米氧化铁的制备
使用不同方法来制备纳米材料,其样品的形貌与性质也截然不同。因而,使用不同的制备方法来控制纳米材料样品的形貌、纳米颗粒分布及材料性能是研究者们的重点。现如今对纳米材料的合成已研究出多种制备方法,一般来说,纳米材料可通过其物相态为三种制备方法,即:气相法、固相法和液相法。气相法主要包括:物理气相沉积和化学气相沉积和。固相法则比较传统,根据其加工方法可以分为机械粉碎和固相反应。而液相法比起前两种方法种类相对较多,并且主要适用于制备氧化物纳米材料,更易于控制制备样品的形貌与性能。这里主要叙述几种液相法:水热法(溶剂热法)、化学沉淀法、溶胶-凝胶法。[11]
水热法(溶剂热法):指在特制密闭反应器(一般为水热高压釜)中以水或其他有机溶剂等流体作为反应物质,通过对反应体系进行加热而产生高压,使原本难溶或不溶的反应物质溶解并重结晶,经过固液分离和烘干、干燥等操作得到样品的一种方法。采用水热法可以克服某些由于高温制备下不可避免的硬团聚等,其样品具有粉末细(纳米级)、高纯度、分散性好、均匀、无团聚、形貌可控和利于环境净化等特点。在制备氧化铁方面,水热法多以氯化铁、硝酸铁、硫酸铁等铁盐为原料,在某种稳定剂存在下,使用碱性溶剂调节pH,将溶液混合均匀后倒入反应釜,再放入烘箱加热,在要求温度下反应一段时间,反应完后取出待其自然冷却,出釜后经过离心等后续处理即得到样品。
化学沉淀法:在可溶性盐溶液中加入能使其沉淀的沉淀剂,形成的沉淀物经过过滤、离心、洗涤、干燥等处理便能得到所需的样品。制备氧化铁方面,一般以氯化铁、硫酸铁、硝酸铁等为铁源,加入碱性溶液(如氨水等)使其沉淀,产生氢氧化铁或其它水合产物,通过将产物煅烧或烘干等方法进行脱水处理,即可得到要求的氧化铁。相对其它制备方法,化学沉淀法可能是最简易、有效和经济的制备方法,但对其沉积机理的未知,对样品的形貌控制还值得商榷。
溶胶-凝胶法:将易水解的金属化合物(无机盐或金属盐)加入某种特定溶剂,溶质与水发生水解反应,并伴随缩聚反应形成凝胶,将凝胶进行烘干或煅烧等处理后即得到样品。制备氧化铁方面,一般以硝酸铁、氯化铁、硫酸铁等铁盐作为铁源。Hunan Liang 等[12]以纤维素纳米晶体(CNC)作为模板合成介孔α-Fe2O3,并研究了样品的光合作用及其光催化性能。通过溶胶-凝胶法制备的氧化铁纯度高且粒径均匀,但其成本较高且纳米粒子不稳定容易团聚,因而适用范围不广。