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极具潜力的无机功能材料

作者：郝夏雨 武慎春 曹峰 陈天宇 肖蕴华 来源：《科技资讯》2015年第01期

摘 要：纳米氧化铁由于具有优良的物理和化学性能，加上其环境友好、抗腐蚀、耐热、高生物安全性、来源广泛和价格低廉等特点，在材料研究领域备受关注。随着材料研究的深入，纳米氧化铁的制备方法不断推陈出新，初步达到了形貌、结构和尺寸的可调控，这使得氧化铁具有更加独特的性能，也为其应用领域的不断拓展打下了基础，逐渐发展成为最热门的功能材料之一。本文总结了纳米氧化铁的主要制备方法及其在光催化、磁性材料和生物医学等方面的应用情况。

关键词： 纳米氧化铁 功能材料

中图分类号：O614 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）01（a）-0000-00 作者简介：郝夏雨（1994--），汉族，山西运城人，上海工程技术大学化工学院，本科在读。

基金资助：上海工程技术大学大学生创新训练项目（cx1321005， cs1321005）

铁的氧化物是自然界中最为常见的化合物之一。铁的氧化物种类繁多，不同种类的氧化铁虽然性能各异，但总体上来讲都具有较好的物理和化学性能。氧化铁纳米材料由于纳米效应而具有更加优异、独特的性能，在材料科学及相关领域的应用研究中不断焕发新的生机，成为最热门、最有潜力的功能材料之一。材料性能的提升与制备技术的更新改进密切相关。 1 纳米氧化铁的主要制备方法

目前纳米材料的制备方法主要分为三类：第一，根据原料状态可分为固体法、液体法和气体法；第二，按反应物状况分为干法和湿法；第三，根据物理化学变化可分为物理法、化学法、综合法。液相法由于反应条件温和、反应成本低等优点，成为制备纳米材料最常用的方法。本文主要介绍最常用的几种液相制备氧化铁的方法[1]。 1.1水热法

水热合成法是指在密闭体系（如水热釜）中， 以水为溶剂配置前驱体溶液，在一定的温度和压强下， 使前驱体溶液进行反应，从而得到化合物的一种合成方法。通过对前驱体溶液成分、反应温度和反应时间的调控可以制备不同形貌和不同组成的纳米粉体材料。水热反应不需要大型的设备，对实验条件要求较低，被认为是一种方便而且经济的制备纳米材料的方法。水热法在纳米氧化铁粉体材料的制备中广为采用，已经成功合成了不同形貌和粒径的纳米氧化铁[2]。

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1.2 溶胶--凝胶法

溶胶凝胶法制备纳米氧化铁一般是将氯化铁或者硝酸铁等铁源溶于水或醇中，通过加人一定量的碱和表面活性剂，调节酸碱度从而配制成胶体 ，再经过陈化、干燥、煅烧得到氧化铁纳米粒子[3]。 1.3 热分解法

通常以硝酸铁为原料，在适当搅拌下，经过沸腾回流来制备纳米氧化铁。通过加入稳定剂等调节晶体生长。钟乃良等使用十六烷基羧甲砜基氢氧化铁和丁基羧甲砜基氢氧化铁为原料，采用热解法制得了氧化铁纳米颗粒。表征结果表明，该纳米颗粒直径在 8 nm ～18 nm 之间[4]。

1.4 共沉淀法

共沉淀法是一种工艺流程相对简单的氧化铁合成方法。在氮气保护下，在室温或者高温条件下，利用二价铁离子或者三价铁离子的水溶液在碱性条件下的共沉淀得到磁性氧化铁纳米颗粒[2]。

2 纳米氧化铁的主要应用 2.1 在光催化方面的应用

纳米氧化铁具有较高的比表面，表面效应显著，是一种很好的催化剂，而且纳米氧化铁的带隙合适，能够吸收多数的可见光，在可见光催化领域有着诱人的应用前景。将氧化铁纳米粒子做成空心小球，浮在含有机物的废水表面上，在光照下可进行有机物的降解，美国、日本用此方法处理海上石油泄漏造成的污染。除了在可见光催化领域，氧化铁由于来源广泛，低价以及适合的带隙在太阳燃料的研究方面也备受关注，成为这一领域中研究的热点。 2.2 在磁性材料中的应用

纳米氧化铁具有良好的磁性和很好的硬度。磁性纳米微粒由于尺寸小，具有单磁畴结构、矫顽力高的特性，用它制作磁性记录材料可以提高信噪比，改善图像质量。磁性纳米粒子在巨磁电阻、磁性液体和磁记录、巨磁阻抗材料以及磁探测器等方面都具有广阔的应用前景[5-6]。 2.3 在生物医学方面的应用

磁性氧化铁纳米颗粒具有比表面效应和磁效应，易定向和较高的生物安全性，可作为药物定向的有效载体。肿瘤多模态探针的构建在肿瘤研究中具有重要意义。随着制备和表面修饰技术的不断发展，加上磁性氧化铁纳米颗粒本身优势：体内安全性、磁敏感性、表面多结合位点等，使氧化铁纳米颗粒成为构建多模态肿瘤分子影像探针的首选材料[7-8]。

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氧化铁以其优异的各项性能，在各个领域的应用不断拓展。新的应用对材料的性能提出了更高的要求。所以对于纳米氧化铁来讲，无论是在材料的制备方法还是性能改善上都有很多问题有待解决，需要我们不断的创新并寻求新的方法，制备出性能更好的纳米氧化铁。 参考文献

[1] 张立德.纳米材料.北京：化学工业出版社， 2000.87-138.

[2] 曹魁，等。微纳米氧化铁的制备及可见光催化性能 大连交通大学学报，2013， 34（1）：60-63

[3] 魏雨，等.凝胶—溶胶法制备针状和纺锤状α-Fe2O3 .功能材料与器件学报，1997，3（4）：267-270

[4] 钟乃良，等.烷基羧甲砜基氢氧化铁热脱羧和热分解法制备纳米氧化铁.无机化学学报，2009，25（5）：833-837.

[5] 都有为，等，罗河烈.磁记录材料.北京：电子工业出版社， 1992. [6] 章吉良.磁记录原理与技术.上海：上海交通大学出版社， 1990.

[7] 向娟娟等.用氧化铁磁性纳米颗粒作为基因载体的研究.癌症， 2001， 20（10）： 1009-1014.

[8] 乔瑞瑞等，磁性氧化铁纳米颗粒—通向肿瘤磁共振分子影像的重要基石， 物理化学学报.2012，28（5），993-101