范丽敏，姜妲，宋雨桐，李琪，孙烨
沈阳航空航天大学 材料科学与工程学院，辽宁 沈阳110136
摘要：纳米四氧化三铁在在物理、化学等方面表现出优异的性质，因此其制备方法受到了广泛关注。本文主要综述了纳米四氧化三铁粒子的化学制备方法，包括共沉淀法、微乳液法、溶剂热法等，说明了各个方法的特点，此外介绍了纳米四氧化三铁在催化、吸附、吸波等方面的应用。
关键词：纳米四氧化三铁 化学制备方法 应用
1引言
近年来，有关磁性Fe3O4纳米微粒的合成方法及性质研究受到愈来愈多的重视，这是因为磁性Fe3O4纳米微粒具有许多特殊物理和化学性能[1]。
目前，纳米Fe3O4微球的制备方法主要有共沉淀法、微乳液法、溶剂热法等，共沉淀法的操作简单易控制；微乳液法制备的纳米粒子具有粒径分布窄，稳定性好等特点，但其影响因素较多，制备过程较复杂；溶剂热法制备的微球胶体稳定性较差且颗粒大，但此方法可以生长出各类形貌的化合物，这对晶体生长的研究具有重要价值[2]。未来可将多种传统方法结合，克服单一的制备方法的缺点。本文就纳米Fe3O4微粒的制备方法及应用进行了综述。
2纳米四氧化三铁的化学制备工艺及应用进展
2.1共沉淀法
共沉淀法是目前最普遍的使用方法，其方法在包含两种或两种以上金属离子的可溶性盐溶液中，加入适量的沉淀剂，使金属离子均匀沉淀或结晶出来，再将沉淀物脱水或热分解而制得纳米微粉[5]。
夏光强等[3]采用共沉淀法制备纳米Fe3O4，实验过程中发现温度对实验影响不大，对于条件较差的实验室而言，只要保持在40-60℃的温度范围内进行实验即可，此外反应物的添加顺序会影响产物粒子的形貌，反应时间的长短对颗粒细度无明显影响，而沉淀温度过高过低都不利于沉淀，选择50℃左右效果最佳，因此实验选择反相共沉淀法，在50℃水浴环境中，保温10min，PH设定为10左右的实验条件，达到理想的实验效果。
2.2微乳液法
微乳液法是利用两种互不相溶的溶剂在表面活性剂的作用下形成热力学稳定的、各向同性、外观透明或半透明的分散体系[5]。由于乳液法是从乳液中析出固相，这样可使成核、生长、聚结、团聚等过程局限在一个微小的球形液滴内，从而可形成球形颗粒，又避免了颗粒之间的进一步团聚，因此合成出来的纳米微粒具有粒度分布窄、形态规则、分散性能好、大多为球形[4]。
李成魁等人[5]提到可将FeCl2和FeCl3的微乳液与含有NH4OH的微乳液混合，产物经过离心、分离、洗涤、干燥等处理后即可得到Fe3O4纳米颗粒，该方法的操作简单但是由于反应的温度低，所以得到的粒子结晶性能较差，进而使粒子的磁性能受到影响。
2.3溶剂热法
溶剂热法是指在特定的密闭反应器中，采用有机溶剂作为反应体系，通过对反应体系加热、加压，创造一个相对高温、高压的反应环境，使得通常难溶或不溶的物质溶解，并且重结晶而进行无机合成与材料处理的一种有效方法。
徐吉良等人[1]成功制备出纳米Fe3O4，并且利用X-射线衍射仪对纳米Fe3O4微球粉末进行表征，从XRD图谱中可看到较为尖锐的衍射峰，说明纳米Fe3O4晶体的结晶性能良好，SEM和TEM扫描结果一致，合成的纳米Fe3O4微球为均匀的球形且表面粗糙，粒径分布统一且分散性良好，TEM测试结果恰好验证了其结构特点。
3纳米四氧化三铁的应用
3.1催化剂
由于Fe3O4纳米微粒尺寸小，表面有凹凸不平的台阶，增大了接触面积，比表面积大，因此Fe3O4纳米颗粒被广泛应用到催化剂载体的应用中[5]。
水热法合成的纳米四氧化三铁可作为催化剂对含酚废水进行处理。法国科学家发现Fe2+能与H2O2结合并且对许多有机物都呈现出氧化性，但是它对高浓度有机废水的处理效果不好，且催化剂无法回收，因此柴多里等人[6]合成具有催化活性的纳米四氧化三铁与过氧化氢组成试剂，催化氧化处理了邻苯二酚的模拟废水，此试剂有诸多优点，可无需调节废水的PH值，催化效率高可循环使用，适用于高浓度含酚废水的处理。
3.2吸附剂
近年来，水污染问题较为严重，纳米级的Fe3O4吸附性受到了大家的关注。王力霞等人[7]利用六水氯化铁、柠檬酸（抑制纳米四氧化三铁粒子长大）、乙二胺（弱还原剂，对纳米尺度粒子的形成起关键作用）、氢氧化钠溶液在反应釜内密闭，加热到200℃保持12h，再处理产物得到纳米四氧化三铁。对样品进行XRD图谱分析可知没有杂相峰存在，说明样品纯净度高。磁性能决定了Fe3O4的应用，Fe3O4具有高的饱和磁化强度，有利于它在吸附场合的应用。
3.3吸波性能
吸波性能具有广泛的应用，可在隐形飞机上使用吸波材料也可以在精密仪器上广泛应用。林帅等人[8]利用水热法制备四氧化三铁空心球/石墨烯复合吸波材料，通过对样品进行SEM和TEM分析，得出所制备的复合材料中Fe3O4为球状的纳米颗粒，粒径约为100nm，在吸波性能分析中得出所制备的复合材料具有较宽的吸波频段和较强的吸收强度，有很大的应用前景。
4结语
近年来，纳米Fe3O4微粒的制备工艺已趋向成熟，由于Fe3O4纳米微粒本身具有磁性且颗粒粒径小，比表面积大，因此合成过程中易发生团聚，在未来的研究中，我们一定会通过新的合成方法制备出分散性好，粒径可控的Fe3O4微粒，此外，可将Fe3O4纳米微粒具有的磁性，催化性，吸附性等应用到更多领域，从而解决更多实际问题。
参考文献
[1] 徐吉良,张健,汪长安.溶剂热法制备单分散良好的纳米四氧化三铁微球和表征[J].陶瓷学报,2018,39(02):149-153.
[2] 马千里,董相廷,王进贤,刘桂霞,于文生.纳米四氧化三铁的化学制备方法研究进展[J].化工进展,2012,31(03):562-573.
[3] 夏光强,刘意佳.共沉淀法制备纳米Fe_3O_4实验改进[J].广东化工,2018,45(17):12-13.
[4] 苏欣悦,丁欣欣,闫良国.Fe_3O_4磁性纳米材料的制备及水处理应用进展[J].中国粉体技术,2020,26(06):1-10.
[5] 李成魁,祁红璋,严彪.磁性纳米四氧化三铁颗粒的化学制备及应用进展[J].上海金属,2009,31(04):54-58.
[6] 柴多里,刘忠煌,陈刚,杨保俊,杨少东.水热法合成纳米Fe_3O_4及其对含酚废水的处理[J].硅酸盐学报,2010,38(01):105-109.
[7] 王力霞,于云秋,姚文生.纳米四氧化三铁制备及其吸附刚果红的性能研究[J].无机盐工业,2017,49(04):37-40+45.
[8] 林帅,荀其宁,张雨,张军英,姜维维,冀克俭,颜华.Fe_3O_4空心球/石墨烯复合吸波材料的制备及其性能[J].化学分析计量,2014,23(05):83-87.
基金项目：2020年大学生创新创业项目（课题编号：202010143039）
作者简介:范丽敏（2000.1-），女，汉族，辽宁阜新人，沈阳航空航天大学本科生在读，研究方向：纳米材料的制备合成；
通讯作者：姜妲（1978.10-），女，汉族，吉林图们人，博士，副教授，研究方向:纳米材料和功能材料。