内蒙古科技大学周晨亮团队MSEB：水热法合成中空Fe2O3的微球：葡萄糖浓度的影响和机理

2025-11-20 14:17:57 作者：本网整理来源：网络分享至：

1. 研究背景

氧化铁（Fe₂O₃），俗称赤铁矿，因其丰富、成本低、无毒等特点，是一种被广泛研究的材料。它具有优异的化学稳定性、机械强度和光学性能，使其成为各种应用的合适选择者。Fe₂O₃微球的中空结构具有多种优点。首先，中空内部可以降低材料的密度，这有利于轻质应用。其次，中空微球的薄壳提供了较大的表面积，可以为疏水基团提供更多的接枝位点，从而增强对水分子的排斥力，有助于提高超疏水性能。此外，中空结构可以起到缓冲作用，保护纳米颗粒免受外部环境因素的影响，从而提高超疏水涂层的耐久性。

2. 成果简介

本研究以硝酸铁（Fe(NO₃)₃·9H₂O）、无水葡萄糖和去离子水，采用水热法合成了空心Fe₂O₃微球。采用X射线衍射（XRD）、X射线光电子能谱（XPS）、扫描电镜（SEM）、Brunauer-Emmett-Teller（BET）、热重差热分析（TG-DTA）和傅里叶变换红外光谱（FTIR）对空心Fe₂O₃的结构、形貌、晶粒尺寸和晶相进行了表征。研究表明，通过调节葡萄糖浓度，可以控制Fe₂O₃不同形貌的形成机制。在浓度为0.45mol/L、水热反应温度为180℃时，形成平均粒径为2.99μm、平均孔径为20.3nm、比表面积为20.1m²/g的空心Fe₂O₃（Fe-0.45）。在反应过程中，葡萄糖氧化产生的有机酸与Fe³⁺或Fe²⁺（由Fe³⁺还原）结合形成金属有机中间相，这些中间相热力学演化最终产生Fe₂O₃。这导致了一个由聚集的纳米颗粒壳封装的中空介孔框架，表现出高热稳定性和多功能特性。

3. 图文导读

图1

XRD(a)前驱体，(b)Fe₂O₃(c)在32-34º范围内局部放大图。

图2

(a)C-0.09、(b)C-0.27、(c)C-0.45、(d)C-0.9、(e)C-1.35和(f)C-1.8的SEM图像。

图3

(a)Fe-0.09、(b)Fe-0.27、(c)Fe-0.45、(d)Fe-0.91、(e)Fe-1.35和(f)Fe-1.8的SEM图像。

图4

XPS谱图：(a)全谱，(b)Fe2p，(c)O1s，(d)C1s。

图5

空心Fe₂O₃机理示意图。

4. 小结

综上所述，通过调节反应体系中的葡萄糖浓度，可以精确控制Fe₂O₃结构的形成过程和最终形貌：在低浓度（<0.45M）下，形成纳米颗粒，在中等浓度下，动态平衡机制促进碳层均匀包裹核心并自组装成规则的微球结构；而在过高浓度（>0.45M）时，由于碳层的过度生长，结构变得不稳定。在反应过程中，葡萄糖氧化产生的有机酸与Fe³⁺或Fe²⁺（Fe³⁺还原）结合形成金属有机中间相，该中间相的热力学演化最终产生Fe₂O₃。Fe-0.45的最终形貌光滑圆润，平均粒径为2.88μm，平均孔径为20.3nm，比表面积为20.1m²/g。

数据来源与出处

相关研究成果以“Hydrothermal synthesis of hollow Fe2O3 microspheres: effect and mechanism of glucose concentration”为题，发表在《Materials Science & Engineering B》上。

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