pFe纳米线制备及表征Word文档格式.docx

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关键词（D-Fe00H;

纳米线;

水解

PreparationandCharacterizationofp一Fe00HNanowires

WANG,Xiao-JuanJIANG,Xiao-Hong

WANG,Hong-Zhe

ZHANG,Xing-TangLI

GUO,Xin-Yong

Yun-CaiDU,Zu-Liang*

（KeyLaboratoryofSpecialFunctionMaterials,He'

nanUniversity,Kaifeng475001）

Abstractp-Fe00Hnanowiresweresynthesizedviahydrolysisofiron（III）saltsunderroomtemperature.

Themorphologyandstructurewerecharacterizedbytransmissionelectronmicroscopy,high-resolution

transmissionelectronmicroscopy,X-raydiffraction,andselectedareaelectrondiffraction.Theresults

showedthatthenanowiresweretetragonallatticewiththediameterofabout60nnandthelengthof4-5

pmrespectively,andgrewalong[001]axis.ItwasfoundthattheconcentrationofFeC13solutioncould

extremelyaffectthegrowthofp-Fe00Hnanowiresandonlyunderappropriateconcentrationhighquality

nanowirescouldbeobtained.

Keywordsp-Fe00H;

nanowire;

hydrolysis

近年来，一维纳米材料（纳米管、纳米棒、纳米带等）

以其特殊的物性及在纳米器件方面的潜在应用，受到了

广泛关注.一维纳米材料尺寸小、比表面积大，从而使

它的磁性质、电性质、催化性质等物理化学性质与其体

相材料不同[[l].目前，一维纳米材料的制备方法有许多

种，如模板法[2,31、VLS法[[4,51、SLS法16,71.CVD法[81

反胶束法[91和溶剂热法等1101.利用这些方法人们获得了

各种各样的一维纳米材料.从应用的角度，探索制备条

件更为温和、方法更为简单，适宜大量生产的具有良好

晶型的纳米线制备技术是人们首先追求的目标.

[3-Fe00H作为y-FeA磁粉的前驱体，它的形态和

结构决定着y-Fe203磁粉的应用范围.例如，针形或纺

锤形y-Fe203由于轴比较大，可满足垂直磁记录介质需

要高矫顽力的要求.据测定，针形y-Fe203矫顽力的

67%来源于形状各向异性，磁晶各向异性仅占33%"

'

].

因此，控制P-Fe00H的轴比是调控y-Fe203磁性质的一

个重要因素.而p-Fe00H纳米线具有更大的轴比，相信

在垂直磁记录介质中会有更广泛的应用前景.另外，

p-Fe00H是一种优良的半导体材料，带隙为2.12eV,可

用于氧化一还原反应，也可用于煤加氢反应的催化剂.

*E-mail:

zld@

ReceivedJune7,2004;

revisedDecember巧，2004;

acceptedJanuary27,2005.

国家自然科学基金《Nos.20371015,90306010）和“973"

前期专项基金（No.2002CCC02700）资助项目二

1034

Vol.63,2005

由于p-Fe00H铁离子间具有较强的结合能，形成了网

状的隧道结构，也是铿电池的理想材料[[12--14]

目前，针形或纺锤形p-Fe00H的制备主要是利用

无机铁（（n或11I）盐的强迫水解[[15-171，P_Fe00H纳米线的

制备却很少.2002年，Gao等[181用模板法成功制备了无

定形p-Fe00H纳米线，最近，Xiong等[[121又利用

[Fe（phen）3]2+（phen=1,10-phenanthroline）的水解在600C

低温下制备了卜FeOOH纳米线.本文首次通过无机铁田I）

盐的水解，在常温下制备了直径约60nm，长4-5N,m,

晶型良好的p-Fe00H纳米线，此法设备简单，条件温

和，重复性好，适用于大量生产，也可为制备其它金属

氢氧化物纳米线提供新的制备方法.

面指数如图所示.图中在20值为290左右出现了Fe203

的衍射峰，可能是由于在XRD样品制备过程中，

p-Fe00H陈化为Fe203引起的.

实验部分

1.1仪器与试剂

采用日本电子JEM-2010型高分辨透射电子显微镜

（加速电压:

200kV）对样品进行形貌（TEM）和高分辨

（HRTEM）观察，并用选区电子衍射（（SHED）及荷兰Philip

X'

PertProX射线衍射（XRD）进行结构测定，X射线衍射

仪辐射源为CuKal,A.=0.154060二.

试剂采用FeC13（分析纯，天津市耀华化工厂），

NaOH（分析纯，天津市科密欧化学试剂开发中心）.三

次蒸馏去离子水自制.

1.2卜Fe00H纳米线的制备

称取一定量的FeC13溶于50mL去离子水中，利用

NaOH调节pH值至2.8，经DHT型搅拌恒温电热套常

温磁力搅拌30min后，将所得溶液进行真空抽滤（所用

微孔滤膜孔径为0.45Nm）,滤去溶液中的未反应物质，

并用去离子水多次洗涤后自然晾干，从滤膜上刮下粉

末，即得p-Fe00H纳米线样品，用于XRD式样分析;

直接取溶液滴在微栅铜网上，室温千燥后用于电镜观

察.

图1单根p-Fe00H纳米线的TEM形貌图

插图分别为选区电子衍射花样及所选方框的高分辨结构像

Figure1TEMimagesoftypicalsingleP-Fe00Hnanowire

TheinsetsshowthecorrespondingSHEDpatternofindividualp-Fe00H

nanowireandHRTEMimageoftheboxedarea

一一叫.

O一门

.411“

ci

0111;

N:

0八ONE^OMAi

3040

2040）

6070

图2p-Fe00H纳米线的X射线衍射图

Figure2XRDspectrumofp-Fe00Hnanowires

2结果与讨论

2.1p-Fe00H纳米线的形貌观察及结构分析

图1是单根p-Fe00H纳米线的TEM形貌像.右上

角为选区电子衍射花样，左下角为高分辨结构像.从图

中可知，纳米线晶型良好，沿[001]晶向生长.晶面间距

为0.74nn，对应于P-Fe00H（110）面，与电子衍射及

图2的XRD数据相符.

图2为p-Fe00H纳米线的XRD谱，对照JCPDS

标准数据卡75-1594，所得的纳米线是结晶性良好的四

方相p-Fe00H，晶格参数为a=1.048tun,c=0.3023nn,

图3是一组在pH值相同，FeC13浓度不同的条件下

所制备的Fe00H的形貌图.图3（A）中，FeC13浓度为

2X10-3mol/L，生成物大部分呈网状，纳米线较少，其

分布不到5%;

图3（B）中，FeC13浓度为4X10-3mol/L,

纳米线增多，其分布约10%，纳米线直径、长度不均一，

且伴有颗粒.图3（C）中，FeC13浓度为8X10-3mol/L，纳

米线直径约60mm，长4-5}im，且表面光滑，其分布达

到95%.图3（D）中，FeC13浓度为12X10-3mo1/L，没有

纳米线生成，而形成了分形结构，颗粒粒径约20nm.

以上结果说明，FeC13浓度对p-Fe00H的形貌影响

很大，只有在一定的浓度范围内，才能制备出直径、长

度均一的（3-Fe00H纳米线.当FeC13浓度低时，

卜Fe00H结晶缓慢，不利于纳米线的生长.当FeC13浓

No.11

王晓娟等:

p-Fe00H纳米线的制备及表征

1035

图3不同的铁盐浓度所制备的不同形貌p-Fe00H

（A）2X10-3mol/L;

（B）4X103mol/L;

（C）8X10-3mol/L;

（D）12X10-3mol/L

Figure3TEMimagesofdifferent（3-Fe00HsamplessynthesizedunderdifferentFeC13concentration:

（A）2X10-3mo1.L'

;

（B）4X10-3

mo1"

L,1;

（C）8X10-3mo1"

L一1;

（D）12X10-3mo1"

L-1respectively

度高时，由于Fe3+水解较快，相应的水解副反应增多，

干扰了p-Fe00H沿特定的方向生长，抑制了纳米线的

生成.

2.2纳米线生长机理

当FeC13溶于水时，氯配体被取代，生成六水合配

离子[Fe（H20）6]3+,[Fe（H20）61'

+经过水解，形成水解聚合

物，由共用边或共用顶点缩合而成的八面体Fe（O,OH,

H20）6的配合物，最后经聚合脱水生成（3-Fe00H.由于

在酸性环境中，[Fe（H20）6]3+以八面体结构存在，属高自

旋（外轨型）配合物，其中四个水分子位于同一平面内，

另两个水分子位于平面的法线上，这种结构使它沿法线

方向的反应更容易进行，有利于p-Fe00H沿【001]方向

优先生长，最终形成p-Fe00H纳米线

果，讨论了纳米线的可能的生长机理:

当溶液浓度、pH

值适当时，[Fe（H20）6]3+的八面体结构，有利于纳米线沿

[001〕方向优先生长，形成（3-Fe00H纳米线.

References

3结论

利用三价铁盐的水解在常温常压下制备了结晶良

好的纳米线，用TEM,HRTEM,SAED,XRD进行了表

征.结果表明纳米线为四方相p-Fe00H，直径约60