pFe纳米线的制备及表征文档格式.docx
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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.
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0111;
N:
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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60nm,
长4^-5gm，并沿[001]轴生长.并初步研究了FeC13浓
度对p-Fe00H纳米线生长的影响，发现只有当FeC13浓
度合适时，才能制备出高质量的纳米线.并根据实验结
Wang,J.;
Chen,Q.-W.;
Zeng,C.;
Hou,B.-Y.Adv.Mater.
2004,16,137.
Wang,J.-F.;
Gudiksen,M.S.;
Duan,X.-F.;
Cui,Y.;
Lieber,
C.M.Science2001,293,1445.
Kind,H.;
Yan,H.-Q.;
Messer,B.;
Law,M.;
Yang,P.-D.Adv.
Mater.2002,14,158.
Xia,Y.-N.;
Yang,P.-D.;
Sun,Y.-G.;
Wu,Y.-Y.;
Mayers,
B.;
Gates,B.;
Yin,Y.-D.;
Kim,F.;
Yan,H.-Q.Adv.Mater.
2003,15,353.
Huang,M.-H.;
Wu,Y.;
Feick,H.;
Webber,E.;
Yang,P.
Adv.Mater.2000,13,113
Gudiksen,M.S.;
Lieber,C.M.J.Am.Chem.Soc.2000,
122,8801.
Wu,Y.;
Yan,H.;
Huang,M.;
Song,J.;
Chem.Eur.J.2002,8,1260.
Otten,C.J;
Louire,O.R;
Yu,M.F;
Cowley,J.M.;
Dyer,
M.J.;
Ruoff,R.S.;
Buhro,W.E.J.Am.Chem.Soc.2002,
124,4546.
Maillard,M.;
Motte,L;
Ngo,A.T.;
Pileni,M.P.J.Phys.
1036
vol.63,2005
Chem.B2000,104,871.
Wang,X.;
Li,Y.J.Am.Chem.Soc.2002,124,2880.
Eagle,D.F.;
Mallinson,J.C.J.Appl.Phys.1967,38,995.
Xiong,Y.-J.;
Me,Y.;
Chen,S.-W.;
Li,Z.-Q.Chem.Eur.J.
2003,9,4991.
Amine,K.;
Yasuda,H.;
Yamachi,M.J.PowerSources
1999,81,221.
White,A.F.Rev.Mineral.1990,23,467.
Gonsalves,K.E.;
Li,H.J.Mater.Sci.2001,36,2461.
Musi6,S.;
Goti6,M.;
均ubesiE,N.J.Mol.Lett.1995,25,69.
}aric,^.;
Popovi6,S.J.Mol.Struct.1997,153,
410.
Gao,C:
X.;
Liu,Q:
F.;
Xue,D.-S.J.Mater.Sci.Lett.2002,
21,1781.
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