FePt纳米材料

1.研究背景2.制备方法3.应用前景CONTENTS研究背景•作为最有前途的二元金属纳米材料之一，FePt纳米材料展示出磁性、生物和催化等多功能的应用，成为当前研究的热门之一。其优异的物理化学性能及磁记录方面等潜在的应用使其受到广泛关注。L10相FePt纳米粒子为FCt面心四方结构的有序相，具有高矫顽力、很好的单轴磁晶各向异性(Ku=7×106J/m3)比当前Co基合金磁记录介质的各向异性常数高出10倍）、高磁能积（FePt／Fe复合磁体理论值716ｋＪ／ｍ３）和很低的超顺磁临界尺寸(Dp=2.8~3.3nm)，良好的化学有序性和热稳定性。•高温热解还原法•溶胶－凝胶法制备方法•制备FePt的传统方法一般采用溅射法（如磁控溅射）、机械冷变形法、球磨法等物理方法。制备的粒子在形貌、颗粒尺寸以及粒度分布的控制方面存在一定的局限性。•直到2000年，Sun等在Science上报道了用液相化学法成功合成了分散的FePt纳米颗粒，并有效地控制了颗粒大小和尺寸的分布。人们对化学制备FePt纳米材料的兴趣也越来越大。对于FePt纳米颗粒而言，为了减小反应物的能耗和提高产物的产率，采用以液相法为主的合成方法，主要是源于液相法为主的化学方法比其它方法存在明显的优势。在液相的反应体系中，可以通过简单调节反应物的浓度、反应温度、反应时间、溶剂和表面活性剂的种类和用量等参数，实现对纳米粒子的尺寸、形貌的有效控制，如可以有效地控制颗粒的大小（可以到１～２ｎｍ）、尺寸的均匀分布（偏差可以小到５％）以及良好的结晶性和稳定性。高温热解还原法•高温热解还原法是指在高沸点的溶剂中，在表面活性剂加入的情况下，通过加热分解一种或几种有机金属化合物（前驱体）制备磁性纳米粒子的方法：一类是同时将有机溶剂和前驱体从低温加热到高温并完成热解和还原，从而得到粒径较均一的磁性纳米粒子；另一类是通过将前驱体快速加入到高温有机溶剂中完成热解和还原，得到粒径尺寸较小、分布范围较窄的磁性纳米粒子。•高温热解还原法已成为FePt纳米粒子制备常采用的化学方法。最早，Sun等以二辛醚／苄醚作为溶剂，利用高温热分解铁盐Fe（CO）5（五羰基铁）得到Fe原子，还原铂盐Pt（acac）2（二乙酰丙酮铂）（acac＝CH3COCHCOCH3）得到Pt原子，在油酸和油胺作为表面活性剂的作用下，Fe，Pt原子相互作用，然后形成FePt团簇，之后利用正己烷和乙醇在油酸和油胺的辅助下实现FePt粒子的超声分散，从而形成单分散FePt纳米颗粒。高温热解还原法•热分解Fe（CO）5还原Pt（acac）2制备FePt纳米粒子高温热解还原法•上诉反应中金属Fe前驱体Fe（CO）5（五羰基铁）的使用和储存不便，其具有较强的挥发性和毒性，高温热解时会产生大量的CO气体，使其制备过程的工艺操作困难，对FePt组成、粒径和分布有较大的影响。后来许多研究者对该方法进行了改善，以Fe(acac)2（二乙酰丙酮亚铁）、Na2Fe(CO)4、Fe(OEt)3（三乙氧基铁）、FeCl2·4H2O等作为金属Fe前驱体，Pt（acac）2（二乙酰丙酮铂）、Pt（C2H7O2）2等作为金属Pt的前驱体进行还原，制备FePt纳米粒子。以上高温热解还原法制备的FePt纳米粒子，未经后续高温热处理而呈现立方FCC结构的无序A1相，由于其具有很低的磁晶各向异性而表现出超顺磁性，需要通过后续的热处理使其转变为四方FCT结构的有序L10相溶胶－凝胶法•溶胶－凝胶法的化学过程是以无机物或金属醇盐作前驱体，在液相中将这些原料均匀混合，并进行水解反应生成活性单体，活性单体进行聚合（缩合）反应，在溶液中形成稳定的溶胶体系，经陈化，胶粒间缓慢聚合，形成三维空间网络结构的凝胶，凝胶网络间充满了失去流动性的溶剂，形成凝胶。该方法具有操作简单、可控性强、样品的合成温度较低、各组分混合均匀性较好等优点。以Fe(NO3)3·9H2O、H2PtCl6·6H2O（六水合氯铂酸）、C6H8O7·H2O（一水柠檬酸）作为反应原料，通过一定的化学计量比在50ｍＬ去离子水中溶解，通过搅拌得到湿溶胶，再将湿溶胶放在干燥箱中80℃24ｈ干燥得到溶胶，继续升温脱水膨化后即制备出样品的前驱体，最后将FePt前驱体以速率10℃／ｍｉｎ升温至700℃热处理２ｈ，制得FePt纳米粒子。溶胶－凝胶法•溶胶-凝胶法制备FePt纳米粒子机制•除上述方法外，化学制备方法还有、模板法、微乳液法、湿化学还原法、电化学沉积法等。•磁记录•生物医学•催化领域应用前景•磁记录：•FePt具有良好的稳定性和很低的超顺磁临界尺寸(2.8~3.3nm)，有望增加单位面积上的磁性粒子数，从而有效提高记录密度，且具有很高的矫顽力和磁晶各向异性，满足未来高记录密度的需要。•生物医学：•FePt具有体积小、稳定性好等优势，能有效增强材料的物理性质。可以通过对FePt表面进行修饰使其满足良好的水溶性和生物兼容性。可通过加入硫醇形成Pt-S共价键和Fe-S共价键，与Au形成FePt-Au。也可加入万古霉素（或乌洛托品）对FePt纳米颗粒进行表面修饰，形成的FePt-万古霉素对特定细菌具有良好的选择结合作用，可用于细菌检测。对于未经退火直接合成的fcc-FePt纳米材料，其室温超顺磁性已经被利用于生物医药治疗过程中，包括药物输运，磁共振成像造影剂，磁热治疗肿瘤以及生物传感器方面。应用前景•电催化：•金属铂是一种贵金属催化剂，它能促进氧化还原反应，有研究表明其合金材料FePt也是具有催化性能的。•石墨烯修饰的FePt纳米粒子和多级结构的FePt在甲醇燃料电池应用中展现出优秀的催化性能和稳定性。MingWen等在乙醇水溶液中以肼(N2H4)为还原剂成功还原了H2PtCl6·6H2O（六水合氯铂酸）和FeCl2·4H2O的混合物，制得FePt纳米颗粒，并用伏安法测试其电化学催化性能，结果表明在0.5MH2SO4和0.5MCH3OH中FePt纳米颗粒的氧化电位为0.64V，表明FePt纳米材料也有一定的催化活性。谢谢观看