一種鋅鎳摻雜的鈦酸鐵納米粉體及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于金屬氧化物功能材料技術領域，具體涉及一種鋅鎳摻雜的鈦酸鐵納米粉體及其制備方法。
【背景技術】
[0002]鈦酸鐵復合氧化物是一種金屬氧化物功能材料，其在磁性、催化、能源存儲等領域均有著廣泛的應用。優質的鈦酸鐵粉體是制備高性能功能材料的基礎，其通常要求粉體組成均勻，晶粒粒徑小，無團聚或少團聚，以提高材料的性能。目前制備鈦酸鐵復合氧化物的方法主要有固相反應法、水熱法和化學共沉淀法等。固相反應法雖然具有制備技術簡單、成本低等優點，但是這種方法制備出的粉體晶粒粒徑大，而且化學均勻性較差，不容易獲得純相；水熱法可以制備出晶粒尺寸較小的晶粒，但是水熱法設備儀器昂貴，而且高壓操作不容易實現工業規模化生產；化學共沉淀法工藝簡單，操作方面，易于工業化生產，但缺點是沉淀法的水洗困難。

【發明內容】

[0003]本發明的目的在于提供一種鋅鎳摻雜的鈦酸鐵納米粉體及其制備方法，所得鈦酸鐵納米粉體具有不同粒徑及不同比表面積，使其催化活性存在差異，而可根據需要用作提高固體推進劑性能的催化添加劑。
[0004]為實現上述目的，本發明采用如下技術方案:
一種鋅鎳摻雜的鈦酸鐵納米粉體，其通式為Fei xZnx yNiyTi03，其中，0.1 < X < 0.3，0<y<x ；
所得鈦酸鐵納米粉體的晶粒粒徑為20-50nm。
[0005]所述鋅鎳摻雜的鈦酸鐵納米粉體的制備方法包括以下步驟:
1)按所需鐵、鋅、鎳、鈦離子的摩爾比稱取氯化鐵、硝酸鋅、硝酸鎳和四氯化鈦，將其溶解于乙醇中，配成金屬離子混合溶液；然后向所得金屬離子混合溶液中加入甘露醇混勻；
2)將步驟1)得到的溶劑蒸發去除溶劑，得到凝膠；
3)將步驟2)得到的凝膠經加熱干燥形成干凝膠；
4)將步驟3)得到的干凝膠研磨后，在氬氣氣氛下進行熱處理，得到黑色粉末；
5)將步驟4)得到的黑色粉末在空氣中進行二次熱處理，從而得到所述鋅鎳摻雜的鈦酸鐵納米粉體。
[0006]步驟1)中甘露醇與總金屬離子的摩爾比為1-3:1。
[0007]步驟3)中加熱干燥的溫度為120°C，干燥時間為6小時。
[0008]步驟4)中熱處理的溫度為500-900°C，熱處理時間為0.5-3小時。
[0009]步驟5)中二次熱處理的溫度為600-900°C，熱處理時間為0.5-3小時。
[0010]本發明鋅鎳摻雜的鈦酸鐵納米粉體可用作提高固體推進劑性能的催化添加劑。
[0011]本發明制備鋅鎳摻雜的鈦酸鐵納米粉體的方法是一種改進的溶膠凝膠法，其基于氧化-還原反應原理，其中所用硝酸根離子作為氧化劑，甘露醇作為絡合劑及燃料。甘露醇與鋅、鎳、鐵等離子作用，形成絡合物，因此反應物以原子水平混合，能有效縮短擴散距離，降低反應溫度，有利于反應快速進行。
[0012]本發明通過甘露醇與金屬離子混合比例的調整，并通過在惰性氣氛中煅燒獲得鋅、鎳復合摻雜的鈦酸鐵前驅體和由甘露醇分解形成的碳模板的混合物，可以起到抑制鈦酸鐵晶粒快速長大的作用；之后通過在空氣中不同溫度下煅燒該混合物，以去除碳模板并獲得具有不同粒徑及不同比表面積的鋅、鎳復合摻雜鈦酸鐵納米粉體，其反應過程簡便，無需高壓設備，后續熱處理溫度不超過900°C，且產物純度高，粒度可控，粒度分布窄。
【具體實施方式】
[0013]—種鋅鎳摻雜的鈦酸鐵納米粉體，其制備方法包括以下步驟:
1)按鐵、鋅、鎳、鈦離子的摩爾比為1-x:x-y:y:1稱取氯化鐵、硝酸鋅、硝酸鎳和四氯化鈦，將其溶解于乙醇中，配成金屬離子混合溶液，其中，0.Ι^χ^ΞΟ.3，0〈y〈x ;然后向所得金屬離子混合溶液中加入甘露醇混勻，甘露醇與總金屬離子的摩爾比為1-3:1 ；
2)將步驟1)得到的溶劑于60°C蒸發去除溶劑，得到凝膠；
3)將步驟2)得到的凝膠經120°C干燥6小時形成干凝膠；
4)將步驟3)得到的干凝膠研磨后，在氬氣氣氛、500-900°C下熱處理0.5-3小時，得到黑色粉末；
5)將步驟4)得到的黑色粉末在空氣中、600-900°C下二次熱處理0.5-3小時，從而得到具有不同粒徑、不同比表面積的鋅鎳摻雜的鈦酸鐵納米粉體，其晶粒粒徑為20-50nm。
[0014]為了使本發明所述的內容更加便于理解，下面結合【具體實施方式】對本發明所述的技術方案做進一步的說明，但是本發明不僅限于此。
[0015]實施例1、制備通式符合Fea9Zna(]5Nia(]5Ti(y^鋅鎳摻雜的鈦酸鐵納米粉體按照鐵、鋅、鎳和鈦離子的摩爾比為0.9:0.05:0.05:1稱取氯化鐵、硝酸鋅、硝酸鎳和四氯化鈦，將其溶解于乙醇中，不斷攪拌使其充分溶解，形成清澈的金屬離子混合溶液后，向所得金屬離子混合溶液中加入甘露醇混勻，使甘露醇與總金屬離子的摩爾比為1:1 ;然后在60°C下加熱蒸發除去溶劑，形成凝膠；將所得凝膠移至恒溫烘箱中120°C下加熱6小時，得到蓬松的干凝膠；將干凝膠在研缽中研細后，置于管式爐中，在氬氣氣氛中、500°C下煅燒0.5小時，得到黑色粉末；將獲得的黑色粉末在空氣氣氛中、900°C下煅燒0.5小時，得到通式符合Fea9Zna(]5Nia(]5Ti03的鋅鎳摻雜的鈦酸鐵納米粉體。
[0016]在JEM2010透射電子顯微鏡下觀察所得粉末，其晶粒粒徑為20_30nm。
[0017]取5mg添加2wt%該粉末的高氯酸銨混合物，置于差示掃描量熱儀中進行分析，結果顯示，與純高氯酸銨對比，添加了 2wt%該粉末后的高氯酸銨混合物高溫階段的熱分解溫度降低了 90°C，說明其可有效提高高氯酸銨的熱分解性能。
[0018]實施例2、制備通式符合Fea7ZnQ.2NiaiT1^鋅鎳摻雜的鈦酸鐵納米粉體按照鐵、鋅、鎳和鈦離子的摩爾比為0.7:0.2:0.1:1稱取氯化鐵、硝酸鋅、硝酸鎳和四氯化鈦，將其溶解于乙醇中，不斷攪拌使其充分溶解，形成清澈的金屬離子混合溶液后，向所得金屬離子混合溶液中加入甘露醇混勻，使甘露醇與總金屬離子的摩爾比為3:1 ;然后在60°C下加熱蒸發除去溶劑，形成凝膠；將所得凝膠移至恒溫烘箱中120°C下加熱6小時，得到蓬松的干凝膠；將干凝膠在研缽中研細后，置于管式爐中，在氬氣氣氛中、900°C下煅燒3小時，得到黑色粉末；將獲得的黑色粉末在空氣氣氛中、900°C下煅燒3小時，得到所述通式符合Fe。.7Zn0.2Ni0.的鋅鎳摻雜的鈦酸鐵納米粉體。
[0019]在J