孪晶型双金属铁氧体纳米球/H-MWCNTs复合材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种孪晶型双金属铁氧体纳米球/H

【技术实现步骤摘要】
孪晶型双金属铁氧体纳米球/H
‑
MWCNTs复合材料的制备方法


[0001]本专利技术属于电化学传感材料
，涉及一种孪晶型双金属铁氧体纳米球/H
‑
MWCNTs复合材料的制备方法。

技术介绍

[0002]电化学传感器对痕量物质检测的敏感，使其被广泛应用于环境保护、食品检测和医学监测等相关领域，电化学传感器中核心的部分是电极的构筑，其直接影响电化学传感器的灵敏度、检测限和选择性等行为，对最终的检测结果具有决定性的作用。NiFe2O4/CoFe2O4作为一种过渡金属氧化物，属于尖晶石，其导电性和催化活性均优于Ni、Co和Fe等单金属氧化物，但是其导电性仍不能满足电极材料在传感领域的应用。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于提供了一种制备导电性能够满足电极材料在传感领域应用的孪晶型双金属铁氧体纳米球/H
‑
MWCNTs复合材料的制备方法。
[0004]为此，本专利技术提供如下的技术方案：一种孪晶型双金属铁氧体纳米球/H
‑
MWCNTs复合材料的制备方法，按以下步骤进行：1）用超纯水和体积分数98%～99.5%的无水乙醇配制乙醇水溶液，将氯化镍、氯化钴和氯化铁完全溶于乙醇水溶液中，再加入β
‑
环糊精，超声，分散均匀，得第一分散液；无水乙醇的体积为乙醇水溶液总体积的85%～90%；无水乙醇和超纯水的体积比优选8︰1。
[0005]第一分散液中：β
‑
环糊精的质量体积浓度为10～100g/L，氯化镍的质量体积浓度为16～20g/L，氯化钴的质量体积浓度为16～20g/L，氯化铁的质量体积浓度为35～50g/L，且氯化铁与氯化镍的摩尔比为2︰1，氯化铁与氯化钴的摩尔比为2︰1。
[0006]2）第一分散液放入高压反应釜，加热至160℃，反应24h，自然冷却至室温，得前驱体溶液；3）抽滤前驱体溶液，得前驱体，用乙醇和超纯水溶液交替洗涤前驱体，在80℃温度下干燥12～15h，将干燥后的前驱体放入坩埚中，再置于马弗炉中间位置，在空气气氛下，以1～3℃/min的升温速率升温至550℃，保温2h，得NiFe2O4/CoFe2O4纳米球（NFO/CFO纳米球）；4）研磨NiFe2O4/CoFe2O4纳米球，得粉末，按质量比4︰1，分别取该粉末和羧基功能化碳纳米管，加入水中，在25℃下，超声2～3h，得第二分散液， 60～80℃温度下干燥18～24h，制得孪晶型双金属铁氧体纳米球/H
‑
MWCNTs复合材料。
[0007]第二分散液中NiFe2O4/CoFe2O4粉末的质量体积浓度为1.5～2g/L。
[0008]羧基功能化碳纳米管的制备：按体积比1︰3，混合体积摩尔浓度4.0mol/L的HNO3和体积摩尔浓度10mol/L的H2SO
4，
得体积20mL的酸液，将0.1g的碳纳米管（MWCNTs）加入酸液中，室温下强力磁力搅拌18h，重复用超纯水稀释并过滤，直至稀释后溶液的pH值约为6，80℃温度下干燥12h，得羧基功能化碳纳米管。
[0009]为了改善NiFe2O4/CoFe2O4的导电性，本专利技术通过控制样品的形貌来优化离子、电子的传输路径；由于β
‑
环糊精通过
‑
COO
‑
，
‑
C=O
‑
等含氧官能团与金属离子具有较强配位能力，形成的前聚体形成球形结构，相对于周围溶液处于平衡状态，其次退火过程中通过控制升温速率可以间接控制球体内收缩力和外粘附力，进而控制形成不同尺寸纳米球，当收缩力大于粘附力时，球体表面会收缩并形成裂纹，甚至球体表面坍塌。表面粗糙不平的纳米球结构，使其具有更大的表面积，且不易聚集，为氧化还原反应提供了大量的活性位点，促进了电极上的电子转移。独特纳米球结构表现出显著的电化学性能。
[0010]将NiFe2O4/CoFe2O4与典型的导电碳材料H
‑
MWCNTs复合构建复合材料，NiFe2O4/CoFe2O4中金属阳离子的多重价态和灵活位置，降低了电子在不同价态阳离子之间电荷转移的活化能，促进了内部电子转移速率，提升了催化性能，H
‑
MWCNTs构建的导电网络增强了导电性，协同作用下，既减少了H
‑
MWCNTs聚集的发生，又大大增加NiFe2O4/CoFe2O4/H
‑
MWCNTs的电子转移速率、降低电化学阻抗、增大电化学比表面积，提高了催化活性。
[0011]此外，在将NiFe2O4/CoFe2O4孪晶型纳米球材料引入H
‑
MWCNTs后，(220)、(311)和(440)处的相应特征峰显着降低。如图6所示，可能是H
‑
MWCNTs蚀刻或覆盖了孪晶型纳米球，导致壳的部分微晶丢失。
[0012]本专利技术制备方法制得复合材料在痕量检测中的应用：CHI660电化学工作站采用三电极体系，以本专利技术制备方法制得的复合材料修饰玻碳电极作为工作电极，Pt电极为对电极，Ag/AgCl为参比电极。工作电极的制备：用涂有适量体积摩尔浓度0.02～0.05μmol/L氧化铝粉的绒布充分抛光玻碳电极，然后用硝酸溶液[硝酸︰水（体积比）=1︰1]、乙醇、超纯水依次分别浸泡5分钟，自然风干，即得工作电极。
[0013]本专利技术制备方法原料简单、成本低廉、制备工艺简单、反应条件温和，反应过程中无需氮气保护，只需简单的高温高压反应釜，马弗炉等设备，绿色环保且制备过程简单，不会对环境造成严重污染，有利于工业化生产。
附图说明
[0014]图1是实施例1制得NiFe2O4/CoFe2O4纳米球的扫描电子显微镜图。
[0015]图2是实施例1制得羧基功能碳纳米管的扫描电子显微镜图。
[0016]图3是实施例1制得NiFe2O4/CoFe2O4/H
‑
MWCNTs复合材料的扫描电子显微镜图。
[0017]图4是实施例1制得羧基功能碳纳米管的傅里叶红外图。
[0018]图5是实施例1制得NiFe2O4/CoFe2O4/H
‑
MWCNTs复合材料的拉曼光谱图。
[0019]图6是实施例1制得NiFe2O4/CoFe2O4/H
‑
MWCNTs复合材料的X射线衍射图。
[0020]图7是实施例1制得NiFe2O4/CoFe2O4/H
‑
MWCNTs复合材料在CV测试中的循环伏安图。
[0021]图8实施例1制得NiFe2O4/CoFe2O4/H
‑
MWCNTs复合材料的电化学阻抗图。
具体实施方式
[0022]下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细说明。
[0023]实施例1将40mL体积分数98%～99.5%的无水乙醇与5mL超纯水混合均匀，然后加入0.9g氯
化镍、0.9g本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种孪晶型双金属铁氧体纳米球/H
‑
MWCNTs复合材料的制备方法，其特征在于：该制备方法按以下步骤进行：1）用超纯水和无水乙醇配制乙醇水溶液，将氯化镍、氯化钴和氯化铁完全溶于乙醇水溶液中，再加入β
‑
环糊精，超声，分散均匀，得第一分散液；第一分散液中：β
‑
环糊精的质量体积浓度为10～100g/L，氯化镍的质量体积浓度为16～20g/L，氯化钴的质量体积浓度为16～20g/L，氯化铁的质量体积浓度为35～50g/L，且氯化铁与氯化镍的摩尔比为2︰1，氯化铁与氯化钴的摩尔比为2︰1；2）第一分散液放入高压反应釜，加热至160℃，反应24h，自然冷却至室温，得前驱体溶液；3）抽滤前驱体溶液，用乙醇和超纯水溶液交替洗涤前驱体，干燥后，放入坩埚，再置于马弗炉中，空气气氛下，以1～3℃/min的升温速率升温至550℃，保温2h，得NiFe2O4/CoFe2O4纳米球；4）NiFe2O4/CoFe2O4纳米球研磨成粉末，按质量比为4︰1，分别取该粉末和羧基功能化碳纳米管，加入水中，在25℃温度下超声2～3h后，得第二分散液，干燥，制得孪晶型双金属铁氧体纳米球/H
‑
MWC...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈晶，董建斌，陈颖，杨娇，邓蓉，朱莲琴，
申请(专利权)人：西北师范大学，
类型：发明
国别省市：