極具潛力的無機功能材料

摘 要：納米氧化鐵由于具有優良的物理和化學性能，加上其環境友好、抗腐蝕、耐熱、高生物安全性、來源廣泛和價格低廉等特點，在材料研究領域備受關注。隨著材料研究的深入，納米氧化鐵的制備方法不斷推陳出新，初步達到了形貌、結構和尺寸的可調控，這使得氧化鐵具有更加獨特的性能，也為其應用領域的不斷拓展打下了基礎，逐漸發展成為最熱門的功能材料之一。本文總結了納米氧化鐵的主要制備方法及其在光催化、磁性材料和生物醫學等方面的應用情況。

關鍵詞： 納米氧化鐵 功能材料

中圖分類號：O614 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）01（a）-0000-00

作者簡介：郝夏雨（1994--），漢族，山西運城人，上海工程技術大學化工學院，本科在讀。

基金資助：上海工程技術大學大學生創新訓練項目（cx1321005， cs1321005）

鐵的氧化物是自然界中最為常見的化合物之一。鐵的氧化物種類繁多，不同種類的氧化鐵雖然性能各異，但總體上來講都具有較好的物理和化學性能。氧化鐵納米材料由于納米效應而具有更加優異、獨特的性能，在材料科學及相關領域的應用研究中不斷煥發新的生機，成為最熱門、最有潛力的功能材料之一。材料性能的提升與制備技術的更新改進密切相關。

1 納米氧化鐵的主要制備方法

目前納米材料的制備方法主要分為三類：第一，根據原料狀態可分為固體法、液體法和氣體法；第二，按反應物狀況分為干法和濕法；第三，根據物理化學變化可分為物理法、化學法、綜合法。液相法由于反應條件溫和、反應成本低等優點，成為制備納米材料最常用的方法。本文主要介紹最常用的幾種液相制備氧化鐵的方法[1]。

1.1水熱法

水熱合成法是指在密閉體系（如水熱釜）中， 以水為溶劑配置前驅體溶液，在一定的溫度和壓強下， 使前驅體溶液進行反應，從而得到化合物的一種合成方法。通過對前驅體溶液成分、反應溫度和反應時間的調控可以制備不同形貌和不同組成的納米粉體材料。水熱反應不需要大型的設備，對實驗條件要求較低，被認為是一種方便而且經濟的制備納米材料的方法。水熱法在納米氧化鐵粉體材料的制備中廣為采用，已經成功合成了不同形貌和粒徑的納米氧化鐵[2]。

1.2 溶膠--凝膠法

溶膠凝膠法制備納米氧化鐵一般是將氯化鐵或者硝酸鐵等鐵源溶于水或醇中，通過加人一定量的堿和表面活性劑，調節酸堿度從而配制成膠體 ，再經過陳化、干燥、煅燒得到氧化鐵納米粒子[3]。

1.3 熱分解法

通常以硝酸鐵為原料，在適當攪拌下，經過沸騰回流來制備納米氧化鐵。通過加入穩定劑等調節晶體生長。鐘乃良等使用十六烷基羧甲砜基氫氧化鐵和丁基羧甲砜基氫氧化鐵為原料，采用熱解法制得了氧化鐵納米顆粒。表征結果表明，該納米顆粒直徑在 8 nm ～18 nm 之間[4]。

1.4 共沉淀法

共沉淀法是一種工藝流程相對簡單的氧化鐵合成方法。在氮氣保護下，在室溫或者高溫條件下，利用二價鐵離子或者三價鐵離子的水溶液在堿性條件下的共沉淀得到磁性氧化鐵納米顆粒[2]。

2 納米氧化鐵的主要應用

2.1 在光催化方面的應用

納米氧化鐵具有較高的比表面，表面效應顯著，是一種很好的催化劑，而且納米氧化鐵的帶隙合適，能夠吸收多數的可見光，在可見光催化領域有著誘人的應用前景。將氧化鐵納米粒子做成空心小球，浮在含有機物的廢水表面上，在光照下可進行有機物的降解，美國、日本用此方法處理海上石油泄漏造成的污染。除了在可見光催化領域，氧化鐵由于來源廣泛，低價以及適合的帶隙在太陽燃料的研究方面也備受關注，成為這一領域中研究的熱點。

2.2 在磁性材料中的應用

納米氧化鐵具有良好的磁性和很好的硬度。磁性納米微粒由于尺寸小，具有單磁疇結構、矯頑力高的特性，用它制作磁性記錄材料可以提高信噪比，改善圖像質量。磁性納米粒子在巨磁電阻、磁性液體和磁記錄、巨磁阻抗材料以及磁探測器等方面都具有廣闊的應用前景[5-6]。

2.3 在生物醫學方面的應用

磁性氧化鐵納米顆粒具有比表面效應和磁效應，易定向和較高的生物安全性，可作為藥物定向的有效載體。腫瘤多模態探針的構建在腫瘤研究中具有重要意義。隨著制備和表面修飾技術的不斷發展，加上磁性氧化鐵納米顆粒本身優勢：體內安全性、磁敏感性、表面多結合位點等，使氧化鐵納米顆粒成為構建多模態腫瘤分子影像探針的首選材料[7-8]。

氧化鐵以其優異的各項性能，在各個領域的應用不斷拓展。新的應用對材料的性能提出了更高的要求。所以對于納米氧化鐵來講，無論是在材料的制備方法還是性能改善上都有很多問題有待解決，需要我們不斷的創新并尋求新的方法，制備出性能更好的納米氧化鐵。

參考文獻

[1] 張立德.納米材料.北京：化學工業出版社， 2000.87-138.

[2] 曹魁，等。微納米氧化鐵的制備及可見光催化性能 大連交通大學學報，2013， 34（1）：60-63

[3] 魏雨，等.凝膠—溶膠法制備針狀和紡錘狀α-Fe2O3 .功能材料與器件學報，1997，3（4）：267-270

[4] 鐘乃良，等.烷基羧甲砜基氫氧化鐵熱脫羧和熱分解法制備納米氧化鐵.無機化學學報，2009，25（5）：833-837.

[5] 都有為，等，羅河烈.磁記錄材料.北京：電子工業出版社， 1992.

[6] 章吉良.磁記錄原理與技術.上海：上海交通大學出版社， 1990.

[7] 向娟娟等.用氧化鐵磁性納米顆粒作為基因載體的研究.癌癥， 2001， 20（10）： 1009-1014.

[8] 喬瑞瑞等，磁性氧化鐵納米顆?！ㄏ蚰[瘤磁共振分子影像的重要基石， 物理化學學報.2012，28（5），993-101