極具潛力的無機(jī)功能材料

摘 要：納米氧化鐵由于具有優(yōu)良的物理和化學(xué)性能，加上其環(huán)境友好、抗腐蝕、耐熱、高生物安全性、來源廣泛和價(jià)格低廉等特點(diǎn)，在材料研究領(lǐng)域備受關(guān)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(dá)到了形貌、結(jié)構(gòu)和尺寸的可調(diào)控，這使得氧化鐵具有更加獨(dú)特的性能，也為其應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓展打下了基礎(chǔ)，逐漸發(fā)展成為最熱門的功能材料之一。本文總結(jié)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(yī)學(xué)等方面的應(yīng)用情況。

關(guān)鍵詞： 納米氧化鐵 功能材料

中圖分類號(hào)：O614 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2015）01（a）-0000-00

作者簡(jiǎn)介：郝夏雨（1994--），漢族，山西運(yùn)城人，上海工程技術(shù)大學(xué)化工學(xué)院，本科在讀。

基金資助：上海工程技術(shù)大學(xué)大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)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(xué)性能。氧化鐵納米材料由于納米效應(yīng)而具有更加優(yōu)異、獨(dú)特的性能，在材料科學(xué)及相關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用研究中不斷煥發(fā)新的生機(jī)，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(shù)的更新改進(jìn)密切相關(guān)。

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(jù)原料狀態(tài)可分為固體法、液體法和氣體法；第二，按反應(yīng)物狀況分為干法和濕法；第三，根據(jù)物理化學(xué)變化可分為物理法、化學(xué)法、綜合法。液相法由于反應(yīng)條件溫和、反應(yīng)成本低等優(yōu)點(diǎn)，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(qū)體溶液，在一定的溫度和壓強(qiáng)下， 使前驅(qū)體溶液進(jìn)行反應(yīng)，從而得到化合物的一種合成方法。通過對(duì)前驅(qū)體溶液成分、反應(yīng)溫度和反應(yīng)時(shí)間的調(diào)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(yīng)不需要大型的設(shè)備，對(duì)實(shí)驗(yàn)條件要求較低，被認(rèn)為是一種方便而且經(jīng)濟(jì)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(jīng)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(diào)節(jié)酸堿度從而配制成膠體 ，再經(jīng)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(dāng)攪拌下，經(jīng)過沸騰回流來制備納米氧化鐵。通過加入穩(wěn)定劑等調(diào)節(jié)晶體生長(zhǎng)。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(jié)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(duì)簡(jiǎn)單的氧化鐵合成方法。在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，在室溫或者高溫條件下，利用二價(jià)鐵離子或者三價(jià)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(yīng)用

2.1 在光催化方面的應(yīng)用

納米氧化鐵具有較高的比表面，表面效應(yīng)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(shù)的可見光，在可見光催化領(lǐng)域有著誘人的應(yīng)用前景。將氧化鐵納米粒子做成空心小球，浮在含有機(jī)物的廢水表面上，在光照下可進(jìn)行有機(jī)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(lǐng)域，氧化鐵由于來源廣泛，低價(jià)以及適合的帶隙在太陽燃料的研究方面也備受關(guān)注，成為這一領(lǐng)域中研究的熱點(diǎn)。

2.2 在磁性材料中的應(yīng)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(jié)構(gòu)、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(zhì)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(cè)器等方面都具有廣闊的應(yīng)用前景[5-6]。

2.3 在生物醫(yī)學(xué)方面的應(yīng)用

磁性氧化鐵納米顆粒具有比表面效應(yīng)和磁效應(yīng)，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(tài)探針的構(gòu)建在腫瘤研究中具有重要意義。隨著制備和表面修飾技術(shù)的不斷發(fā)展，加上磁性氧化鐵納米顆粒本身優(yōu)勢(shì)：體內(nèi)安全性、磁敏感性、表面多結(jié)合位點(diǎn)等，使氧化鐵納米顆粒成為構(gòu)建多模態(tài)腫瘤分子影像探針的首選材料[7-8]。

氧化鐵以其優(yōu)異的各項(xiàng)性能，在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用不斷拓展。新的應(yīng)用對(duì)材料的性能提出了更高的要求。所以對(duì)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(chuàng)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(xiàn)

[1] 張立德.納米材料.北京：化學(xué)工業(yè)出版社， 2000.87-138.

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