·侯桂芹 李中秋 張文麗·
1、前言
尖晶石型鐵酸鋅不僅是性能优良的軟磁性材料，可用作磁頭材料、巨磁材料和微波磁性材料，還是一种优异的催化劑，具有光電轉換性能，被認為是一种有潛在應用价值的太陽能轉換材料。有關鐵酸鋅的制備及性能研究一直是化學工作者感興趣的課題。
2、納米鐵酸鋅制備方法研究現狀
納米鐵酸鋅的制備方法，除了傳統的共沉淀法、水熱法、溶膠-凝膠法等，目前又出現一些新的制備方法：前驅物固相反應法、微乳液法和聚合物配位法等。
2.1前驅物固相反應法
前驅物固相反應法主要應用在固体無机化合物（包括納米相功能材料）的制備上，是軟化學合成方法的概念范疇，通常做法是在中低溫溶液中制備一個易受熱分解的、有确定組成的中間体（單相固溶体）或前驅物，然后在較低溫度下對中間体或前驅物進行加熱分解，最后制得傳統方法所不能制備的介穩態固相產物或動力學控制的無机固相化合物。由該法制備ZnFe2O4的具体過程是：將（NH4）2Fe（SO4）2·6H2O和ZnSO4·7H2O溶于蒸餾水中，將（NH4）2C2O4·H2O也溶于蒸餾水中；將兩溶液分別加熱到75℃后混合，在90∼100℃加熱攪拌，生成黃色沉淀；冷卻后用布氏漏斗抽濾，直至檢驗無SO42-和NH4+存在；再轉入100℃和烘箱里干燥，得到的中間產物前驅物放入氨水中浸泡（除掉氧化鋅雜質），充分攪拌、洗滌，用磨砂玻璃漏斗過濾，直至NH4+被安全洗干淨；隨后在700℃的馬弗爐內灼燒，得到最終產物。
該法反應能在較溫和的條件下較快反應，前驅物在較低溫度下加熱分解，不僅降低了能耗，還減少了時間，降低了操作難度。此方法不僅适用于金屬氧化物的制備，還适用于复合金屬氧化物和納米相功能材料的制備，其應用范圍廣泛。
2.2聚合物配位法
目前，聚合物配位法被廣泛用于制備多組分金屬氧化物粉体材料，其中以含有檸檬酸和乙二醇的聚酯高分子為膠凝劑制備超細顆粒最為常用，具有反應條件溫和、易于調節產物組分、价廉、節能及環境友好等优點。該法是采用易同金屬配位的羧酸和多元醇發生酯化脫水反應，生成网絡結构的聚酯高分子，金屬离子与羧酸發生配位反應而被固定于聚酯中，然后在300℃以上進行熱處理，導致聚酯熱分解，最后經高溫處理得到目標產物。在熱處理過程中，由于金屬离子固定于具有网絡結构的聚酯中，這樣可最大限度地降低金屬离子擴散距离，所以一般不會發生偏析，從而得到高純度和高均勻性的多組分粉体材料。
該法制備鐵酸鋅實驗中所用試劑檸檬酸、乙二醇、硝酸鋅和硝酸鐵等均為分析純。首先准确稱取一定量的檸檬酸溶于去离子水中，邊攪拌邊緩慢加入硝酸鋅和硝酸鐵，溫度控制在70∼90℃，持續加熱3h，使其充分与檸檬酸發生配位反應。然后加入乙二醇，在130℃下加熱2h，促使檸檬酸与乙二醉發生酯化反應形成聚合物。該聚合物在300℃時發生熱解，生成粉末狀前驅体，最后于1000℃以下的不同溫度熱處理，得到不同粒徑的粉体材料。
聚合物配位法是一种較好的制備多組分氧化物的方法。利用該法在較低溫度下制備出的鐵酸鋅納米晶体，在熱處理過程中，沒有發生偏析，可得到高均勻性的產物，克服了固相反應法合成溫度高，生成產物存在雜相等缺點。
2.3微乳液法
該法采用TX-10/AE09/醇/環乙烷/水微乳液体系制備納米鐵酸鋅。通過對微乳液体系的研究得到：采用正戊醇作為助表面活性劑所形成的微乳体系W/O面積和微乳液的水含量最大；微乳液体系的最佳溫度不宜過高也不宜過低，以35℃為佳。從而确定了實驗的微乳体系：TX—10/AE09/正戊醇/環乙烷/水体系。由鐵酸鋅（ZnFe2O4)前驅物的差熱分析圖譜，煆燒溫度為350℃，煆燒時間為2h即可。從鐵酸鋅的x射線衍射、掃描電鏡圖譜可知，所制的產物是納米鐵酸鋅，粒度均勻，單分散性好，粒徑在10∼40nm之間。2.4沖擊波合成法
沖擊波合成法是制備尖晶石鐵氧化体粉体的新方法。氧化鋅与三氧化二鐵混合物在沖擊波壓縮下生成鐵酸鋅被作為沖擊波引發的固体化學反應的典型例子而受到了廣泛的研究。該方法是用炸藥爆炸驅動鋼片高速撞擊的方法產生沖擊波，用這种沖擊波處理共沉淀制備的氧化鐵和氧化鋅混合物。按照Graham等的報道，當壓力大于7.5GPa時，即有少量鐵酸鋅生成。
用沖擊波方法合成的納米鐵酸鋅，表現出對H2S脫氫的光催化活性隨沖擊波合成壓力增高而迅速提高，比高溫焙燒法合成的鐵酸鋅的光催化活性高出2∼3倍。XRD、TEM及Mossbauer譜分析表明，沖擊波合成的鐵酸鋅的粒度极細，具有很高的晶格缺陷密度，是一种非化學計量比鐵酸鋅。
2.5低溫催化相轉化法
有研究證實微量Fe2+离子的存在對鐵酸鋅生成反應具有顯著的催化作用，提出了一种制備納米級鐵酸鋅微晶的新方法———低溫催化相轉化法。將一定濃度的ZnSO4和FeCl3溶液按摩爾數1：2的比例混合，以NaOH溶液調節体系的PH值至預定范圍，加入微量相轉化催化劑，再細心調至一定的PH值并定容，移至适當反應器中在磁力攪拌下沸騰回流若干時間，之后經抽濾、去离子水洗滌數次，濾餅于遠紅外干燥箱中烘干，得到納米鐵酸鋅微晶粉末。該方法具有操作方便、設備簡單、反應時間短、所得產物粒徑小等优點，反應初始濃度可高達1.2molL-1。
3、存在問題
以上這些制備方法各有其獨特的优异之處，但也有各自的缺點，如沖擊波合成法所合成的鐵酸鋅中含有較多未反應的前驅体；微乳液法可在液相中獲得粒度較小且均勻的產品，但成本較高，難以工業化；前驅物固相反應法的前驅物有熱解性，導致其制備受限制，甚至一些金屬氧化物的制備根本找不到合适的前驅物。
4、展望
最近，又有研究表明氧缺位鐵酸鹽在治理大气污染方面有良好的應用前景，可為大气中CO2、SO2、NO2等物質的轉化和利用提供一個有效的途徑。此外，由于納米級粒子的表面效應、小尺寸效應、量子效應和宏觀量子隧道效應，其具有和常規材料不同的光、熱、電、磁等物理性質。鐵酸鋅的研究已越來越引起人們的重視。隨著納米鐵酸鋅應用領域的逐步成熟与擴大，必將推動其制備方法的進一步研究与開發。
（侯穎／編制）
