Co2+/Dy3+掺杂纳米立方Fe3O4的热还原制备及磁靶向滞留性能

doi:10.7503/cjcu20170132

高等学校化学学报 ›› 2017, Vol. 38 ›› Issue (10): 1709.doi: 10.7503/cjcu20170132

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Co²⁺/Dy³⁺掺杂纳米立方Fe₃O₄的热还原制备及磁靶向滞留性能

杨宇翔¹(), 刘意成¹, 赵敏¹, 袁宏明³, 姚平平¹, 黄艳¹, 倪超英²()

1. 华东理工大学化学与分子工程学院, 上海 200237
2. Department of Materials Science and Engineering, University of Delaware, DE 19716, USA
3. 吉林大学化学学院, 无机合成与制备化学国家重点实验室, 长春 130012

收稿日期:2017-03-07 出版日期:2017-10-10 发布日期:2017-09-22
作者简介:联系人简介: 杨宇翔, 男, 博士, 教授, 博士生导师, 主要从事磁性纳米材料方面的研究. E-mail:yxyang@ecust.edu.cn;倪超英, 男, 博士, 教授, 博士生导师, 主要从事先进复合材料方面的研究. E-mail:cni@udel.edu
基金资助:
国家自然科学基金(批准号: 20577010, 20971043)资助

Thermal Reduation Preparation of Co²⁺/Dy³⁺ Doped Cubic Fe₃O₄ and Their Magnetic Targeting Retention^†

YANG Yuxiang^1,^*(), LIU Yicheng¹, ZHAO Min¹, YUAN Hongming³, YAO Pingping¹, HUANG Yan¹, NI Chaoying^2,^*()

1. School of Chemistry and Molecular Engineering, East China University of Science & Technology, Shanghai 200237, China
2. Department of Materials Science and Engineering, University of Delaware, DE 19716, USA
3. College of Chemistry, State Key Laboratory of Inorganic Synthesis and Preparative Chemistry,Jilin University, Changchun 130012, China

Received:2017-03-07 Online:2017-10-10 Published:2017-09-22
Contact: YANG Yuxiang,NI Chaoying E-mail:yxyang@ecust.edu.cn;cni@udel.edu
Supported by:
† Supported by the National Natural Science Foundation of China(Nos.20577010, 20971043)

摘要/Abstract

摘要：

采用热还原沉淀法制备了一系列Co²⁺/Dy³⁺掺杂的纳米立方M_xFe_3-_xO₄磁性颗粒. 利用X射线衍射仪、透射电子显微镜和振动样品磁强计研究了不同含量掺杂离子对M_xFe_3-_xO₄晶体结构、形貌及磁性的影响. 研究发现, 掺杂未改变母体的对称性, 但母体形貌逐渐从立方体向球体过渡; Co²⁺和Dy³⁺的掺杂对于铁氧体磁学性质的影响明显不同, 当Co²⁺实际掺杂量为0.44和Dy³⁺实际掺杂量为0.05时, M_xFe_3-_xO₄立方磁性粒子的饱和磁化强度(M_s)达到最大值, 分别为76.65和70.21 A·m²·kg^-1. 与超顺磁性Fe₃O₄球体相比, 高磁性掺杂Fe₃O₄立方体在体外模拟磁流体磁靶向定位实验中显示出较高的滞留率.

关键词: 立方四氧化三铁, 掺杂, 磁性能, 体外模拟磁靶向, 晶格常数

Abstract:

Co²⁺/Dy³⁺ doped Fe₃O₄ nanoparticles(M_xFe_3-_xO₄) were synthesized by the thermal reduction and co-precipitation methods . The structure, morphology and magnetic properties of M_xFe_3-_xO₄ were characterized by means of X-ray diffractometer(XRD), transmission electron microscope(TEM) and vibrating sample magnetometer(VSM). The results show that the dopants did not change the maternal symmetry, and the maternal morphology gradually transformed from cube to sphere. The M_xFe_3-_xO₄ cubic magnetic particles have maximum saturation magnetization of 76.65 and 70.21 A·m²·kg^-1, respectively, when Co²⁺ actual doping amount is equal to 0.44 and Dy³⁺ actual doping amount is equal to 0.05. Compared with the superparamagnetic Fe₃O₄, the cubic high magnetic doped Fe₃O₄ nanoparticles showed a high retention rate in the simulated magnetic fluid magnetic targeting experiment in vitro.

Key words: Cubic Fe₃O₄, Doping, Magnetic property, Magnetic targeting in vitro, Lattice constant

中图分类号:

O613

TrendMD:

杨宇翔, 刘意成, 赵敏, 袁宏明, 姚平平, 黄艳, 倪超英. Co²⁺/Dy³⁺掺杂纳米立方Fe₃O₄的热还原制备及磁靶向滞留性能. 高等学校化学学报, 2017, 38(10): 1709.

YANG Yuxiang, LIU Yicheng, ZHAO Min, YUAN Hongming, YAO Pingping, HUANG Yan, NI Chaoying. Thermal Reduation Preparation of Co²⁺/Dy³⁺ Doped Cubic Fe₃O₄ and Their Magnetic Targeting Retention^†. Chem. J. Chinese Universities, 2017, 38(10): 1709.

图/表 13

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(hkl)	d_theoretical/nm	d_measured/nm	I/I₀
(111)	0.48399	0.48439	8.9606
(220)	0.29638	0.29700	35.1254
(311)	0.25276	0.25355	100
(222)	0.24200	0.24212	11.8279
(400)	0.20958	0.20869	17.9211
(422)	0.17112	0.17037	12.1864
(511)	0.16113	0.16016	25.8064
(440)	0.14819	0.14684	29.0322
(620)	0.13255	0.13209	4.6595
(622)	0.12638	0.12732	7.8853
(444)	0.12100	0.12123	4.6595

(hkl)	d_theoretical/nm	d_measured/nm	I/I₀
(111)	0.48399	0.48439	8.9606
(220)	0.29638	0.29700	35.1254
(311)	0.25276	0.25355	100
(222)	0.24200	0.24212	11.8279
(400)	0.20958	0.20869	17.9211
(422)	0.17112	0.17037	12.1864
(511)	0.16113	0.16016	25.8064
(440)	0.14819	0.14684	29.0322
(620)	0.13255	0.13209	4.6595
(622)	0.12638	0.12732	7.8853
(444)	0.12100	0.12123	4.6595

Co_xFe_3-_xO₄			Dy_xFe_3-_xO₄
x	a/nm	10⁵Relative error	x	a/nm	10⁵Relative error
0.06	0.8421	9.2211	0.05	0.8386	7.4738
0.14	0.8379	9.9783	0.13	0.8362	0.9782
0.29	0.8397	8.6385	0.28	0.8355	1.9035
0.44	0.8409	9.0054	0.43	0.8357	5.2441
0.58	0.8390	8.4927	0.53	2.498^*	0.1300

Co_xFe_3-_xO₄			Dy_xFe_3-_xO₄
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0.06	0.8421	9.2211	0.05	0.8386	7.4738
0.14	0.8379	9.9783	0.13	0.8362	0.9782
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0.44	0.8409	9.0054	0.43	0.8357	5.2441
0.58	0.8390	8.4927	0.53	2.498^*	0.1300

Co_xFe_3-_xO₄				Dy_xFe_3-_xO₄
x	M_s/(A·m²·kg^-1)	M_r/(A·m²·kg^-1)	H_c/(kA·m^-1)	x	M_s/(A·m²·kg^-1)	M_r/(A·m²·kg^-1)	H_c/(kA·m^-1)
0	66.36	20.26	183.9	0	66.36	20.26	183.9
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0.14	71.50	47.71	663.4	0.13	65.62	14.73	105.7
0.29	75.08	49.74	897.5	0.28	52.25	13.22	132.2
0.44	76.65	42.57	1097.5	0.43	50.88	12.04	121.3
0.58	72.14	36.21	1746.2	0.53	47.28	9.61	113.4

Co²⁺/Dy³⁺掺杂纳米立方Fe₃O₄的热还原制备及磁靶向滞留性能

Thermal Reduation Preparation of Co²⁺/Dy³⁺ Doped Cubic Fe₃O₄ and Their Magnetic Targeting Retention^†

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Sample	Spacing/cm	Pulsed field voltage(V/Hz)	Magnetic peak/mT	Concentration after retention/(g·L^-1)	Retention rate(%)
Dy_0.05Fe_2.95O₄	2	500/2	269	0.0230	80.7
	2	600/2	290	0.0202	81.2
	2	700/2	350	0.0504	81.8
Co_0.44Fe_2.56O₄	2	500/2	249	0.0230	92.7
	2	600/2	271	0.0202	93.6
	2	700/2	346	0.0050	98.4
	10	500/2	55.5	0.1115	64.6
	10	600/2	79.2	0.1055	66.5
	10	700/2	96.3	0.1008	68.0
USPIO^[34]	2	500/2	279	0.0430	76.8
	2	600/2	378	0.0422	77.2
	2	700/2	433	0.0408	78.0
	10	500/2	53	0.0591	41.0

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