原位沉淀法合成高选择性磁铁矿纳米粒子及其表征是怎样的？
前言：基于氧化铁纳米粒子在许多领域中的应用，原位沉淀法被广泛用于合成氧化铁纳米粒子，然而，对于生成四氧化三铁磁铁矿相的反应速率和速率常数没有深入研究，需要反应速率来设计工艺的放大。
在这项研究中，磁铁矿相的氧化铁纳米粒子是通过原位沉淀法合成的，并且基于在该过程中产生的磁铁矿的浓度来评估总反应速率，使用X射线衍射、能量分散X射线光谱和拉曼光谱来确认更高比例的磁铁矿在最终产品中，哪一个负责更顶级的磁性能74.615emu。
通过透射电子显微镜报道了这些纳米颗粒在反应的不同时间间隔的形态变化。结果表明，在反应的不同时间间隔合成的球形纳米粒子具有非常窄的粒径范围，即9-15nm。详细的分析揭示了磁赤铁矿在反应开始的时候，磁赤铁矿最终在反应结束时转化为磁铁矿，从而增强了纳米颗粒的磁性强度。
迄今为止，报道了大约16种不同的氧化铁相。所有这些氧化铁相都是结晶的，只有两种除外，即施威特曼石和水铁矿。在治疗和诊断应用中，例如磁共振成像，生产金属纳米粒子并利用它们的超顺磁性非常普遍。
这些氧化铁可用作催化剂，吸附剂，颜料，絮凝剂涂料，气体传感器废水处理，以及用于润滑。同样，这些纳米粒子也可以用于不同的先进工艺中，以形成纳米反应器，添加到聚合物薄膜和其他产品中，基于其优异的磁性能。
这些应用制造了四氧化三铁的超磁性纳米粒子，并且需要以最小的操作成本开发和改进这种合成工艺。根据氧化铁晶体的磁性，三种主要相因其较高的磁性强度而众所周知，其中磁铁矿名列榜首，其次是磁赤铁矿和赤铁矿。
有几种不同的生产氧化铁纳米颗粒的方法，溶胶-凝胶，热液，乳液沉淀，微乳液和微波辅助水热技术。然而，焦点在于具有高纯度氧化铁的磁铁矿相。在这种情况下，通过中和反应和快速混合产生固相，这对于控制晶粒尺寸和磁性至关重要。
沉淀和表面形态是几种机制的结果，即成核、分子生长和二次过程，如颗粒的聚集/聚结和破碎，纳米颗粒产生的驱动力是过饱和。成核是纳米粒子形成的第一步，当临界数量的分子结合在一起形成胚胎时就会发生。
来自细胞核的稳定胚胎在溶液中充当种子，用于沉淀其它分子。聚集和生长分别导致两个粒子的附着和这些纳米粒子的生长。聚集的特点是速度慢，在粒子形成后发生，取决于两个粒子碰撞的力。大多数碰撞没有足够的能量聚集粒子，粒子反弹回系统。
大多数金属氧化物纳米颗粒也具有表面电荷，并且这些表面电荷的强度也降低了颗粒聚集或聚结的机会。颗粒的破碎取决于颗粒在流体中运动时作用在颗粒上的不同力。具有尖锐边缘和不平坦表面的颗粒更有可能破碎成两个或两个以上更小的颗粒，这取决于颗粒上的力平衡。
然而，这种现象在金属氧化物纳米颗粒中非常罕见。与作用在颗粒上的表面力相比，金属氧化物中的机械力非常高，在纳米颗粒的情况下可以假设为零。在湍流混合状态下，铁盐与强碱性溶液的沉淀产生了超饱和，并导致新形成的颗粒迁移到超高饱和区域。
在高混合状态下，由高成核率产生的小颗粒和这些纳米颗粒的生长取决于混合效率。由于沉淀反应非常快，混合的效果在微混合水平下是显著的。这种现象在高混合速率下更加突出，并且将取决于反应器中的流态。
本研究致力于通过共沉淀法制备纳米四氧化三铁，目前工作的主要贡献之一是报告磁铁矿浓度随反应时间的变化。铁盐和沉淀剂之间的共沉淀反应非常快，导致第一滴混合到溶液中时就形成不同的产物。
然而，磁铁矿的形成是基于缓慢的反应，需要相对较长的反应时间。溶液中磁铁矿生产的选择性非常敏感，取决于操作参数，如pH、反应温度、浓度和铁盐摩尔比。因此，本工作的目标是合成超顺磁性氧化铁纳米粒子，即磁铁矿纯度很高。首先，描述了共沉淀的实验装置和过程。然后表征纳米颗粒在产品中不同晶体的浓度，最后报告这些纳米颗粒的尺寸和磁性强度。
使用氯化铁和氯化铁的前体混合物通过共沉淀法制备了氧化铁纳米颗粒。以高杂质的良好产率产生纳米颗粒，并给出7.5×10-3的反应速率值−4摩尔最小值−1速率常数为2.074×10−4摩尔−2部−1。
拉曼光谱支持的XRD结果表明，在反应早期形成了大部分磁赤铁矿，而随着反应的进行，该磁赤铁矿转化为磁铁矿，并将磁铁矿纳米颗粒的选择性增加到98.2%，发现这些纳米颗粒的ζ电势在反应结束时为41，这表明纳米颗粒是稳定的。
结论
表面电荷导致对纳米粒子聚集和聚结的显著阻力，TEM分析表明，这些纳米粒子的结构是球形的，并给出了多孔结构，这些具有圆形和多孔表面的无杂质磁性纳米粒子因其优异的磁性和机械性能可用作不同聚合物材料中的添加剂。
