多壳金属氧化物空心微球的一般合成及其气敏性能

一、文献标题

General Synthesis and Gas-Sensing Properties of Multiple-Shell Metal Oxide Hollow Microspheres

二、文献信息

作者：Xiaoyong Lai

通讯作者：Dan Wang

机构：Institute of Process Engineering, Chinese Academy of Sciences

期刊：Angewandte Chemie

发表日期：2011-02-22

DOI:  10.1002/ange.201004900

三、文献内容

基于纳米至微米尺寸的空心球结构其在催化、药物输送、纳米反应器、能量转换和存储系统、光子器件、化学传感器和生物技术等方面具有巨大的潜在应用的背景下，提出了一种简单而通用的策略来制备具有控制数量的壳的金属氧化物空心微球。

碳质微球用作牺牲模板。将微球用所需的金属盐溶液饱和，然后在空气中加热，碳质模板蒸发并模板化，从而形成金属氧化物壳。其中，壳的数量由金属离子负载控制，并且该过程对于广泛的金属氧化物材料是通用的，其大致方案如下图所示。

图a、b显示了通过将碳质微粒浸泡在2mol·L-1硝酸铁溶液。空心微球具有直径为0.45mm的双层壳结构，外壳直径约为1.5-2.0mm。扫描透射电子显微镜（STEM）成像和能量色散X射线显微分析（EDS）线扫描证实了颗粒的中空双壳结构以及它们的均匀组成。将硝酸铁溶液的浓度增加到3 mol ·L-1，得到具有三个壳的α-Fe2O3空心微球（图c，d）。进一步通过将硝酸铁溶液的浓度增加到5mol ·L-1，还获得了具有四个壳的空心微球（图e，f）。粉末X射线衍射（XRD）证实，所有多壳空心微球均由晶体a-Fe2O3（JCPDS 33-0664）组成。

通过在不同温度下进行反应，对壳形成过程进行了更详细的研究。将碳质微球浸泡在硝酸铁溶液中，并以2℃·min-1升温至500℃.在加热过程中不同时间后对产物进行表征。相对于图a中室温下的碳质颗粒，图b中的TEM图像显示，当样品加热至270℃时，除了直径从3.4 mm减小至2.4 mm之外，没有可见变化。350℃的反应温度导致固体球周围形成壳（图c）。图f的拉曼光谱中所得材料的特征峰表明赤铁矿的形成，这也由图g中的XRD数据证明，而碳的拉曼信号的减少揭示了碳质模板的降解氧化。当温度达到430℃时，赤铁矿外层略微收缩，但内部固体核急剧收缩，并变成核-壳球体，形成核-双壳结构（图d）。将温度进一步升高至500℃，可形成中空芯或三壳中空结构，如图e所示。热重分析（TGA）结果表明碳模板可以完全去除。

四、材料合成

通过糖在水热条件下的乳液聚合反应合成碳质微球。借助超声波将新制备的碳质微球分散在硝酸铁溶液中。超声分散15分钟后，将所得悬浮液在室温下老化6小时，过滤、洗涤，并在80℃下干燥12小时 ，然后以1℃·min-1升温至500℃，在此温度下保持4小时，然后自然冷却至室温。形成的产物是a-Fe2O3三壳空心微球。其他金属氧化物多壳空心微球，如Co3O4、NiO、CuO和ZnO，也通过类似的方法合成。

转自：“科研一席话”微信公众号

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