納米醫學與納米外科學

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納米鐵酸鋅的綠色合成研究

Arifa酋長1 *Preeti耆那教徒的2

1研究學者，太平洋高等教育和研究型大學，印度烏代普爾
2Medi-Caps大學化學係，印度印多爾，Pigdamber, A.B.路，453331

*通訊作者:阿裏法·謝赫，研究學者，太平洋高等教育和研究型大學，印度烏代普爾，電話:+919926062656;電子郵件:sheikharifa@outlook.com


摘要

鐵酸鋅納米粒子的製備是納米科學中一個充滿活力的學術領域，更重要的是，它是納米科學中的“應用研究”。本文綜述了鐵酸鋅納米粒子的合成方法、稀土離子摻雜的影響及應用。許多化學和物理技術可用於合成這些納米顆粒。盡管如此，這些技術有許多困難，包括高能量需求，使用危險的溶劑和不穩定的副產品。因此，揭示鐵酸鋅納米粒子的無毒製備途徑是必不可少的。利用自然界豐富的綠色資源是實現這一目標的有效途徑。不可否認的是，各種綠色資源，如植物、細菌、藻類和病毒已被用於合成經濟和環境友好的納米顆粒幾年。然而，在磁性納米顆粒的綠色合成領域已經進行了有限的研究。本綜述不僅為該領域的未來研究開辟了新的方向，而且對利用植物資源綠色合成納米鐵酸鋅的新方法的研究具有重要意義。

關鍵字

納米顆粒;鋅鐵氧體;綠色合成;稀土離子;植物

簡介

在過去的十年中，世界對納米尺度的發展和理解產生了巨大的興趣。它使科學家能夠開發和表征具有突出性能和納米尺寸的材料。由於非物質所表現出的值得注意的特性，它們已成為科學界關注的焦點。近年來，磁性粒子在納米結構材料技術領域的應用前景引起了人們的興趣。由於比麵積大，表麵效應可能包括特別普通的小粒子[1]的磁性。鐵氧體是一類以氧化鐵為主要成分的磁性氧化物化合物，由鑭係元素和鐵、鉻、錳等快速過渡金屬組成。鐵氧體的一般公式為MM2O4，其中M是稀土元素(二價金屬離子，如Fe2 +、鎂2 +、鎳2 +、有限公司2 +、鋅2 +、銅2 +)， M為鐵、鉻、錳等(三價金屬離子);也就是說,菲3＋、鉻3＋,艾爾。3＋、錳3＋[2]。鐵磁流體是磁性膠體[3]，可通過在水中或油中混合高濃度的鐵氧體納米顆粒[4]來製備。矯頑力、飽和磁化和低熔點是鐵氧體的有效性能。鐵氧體的這些應用在許多領域都是有利可圖的。在尖晶石鐵氧體的結構中，在四麵體(A)和/或八麵體(B)晶格位置，氧與二價金屬離子形成麵心立方晶格。這些離子的晶格占有依賴於正態、逆態和混合尖晶石結構。這些金屬離子在晶格上的租用影響了鐵素體納米顆粒[5]的質量。鐵氧體的高電阻率磁性能使它們適合於高頻應用。

近年來，由於納米粒子的製備，大量的研究都集中在研究和提高其性能上。鋅鐵氧體在其他鐵氧體[8]中具有超順磁行為。鐵氧體鋅因其顯著的磁性和電學性能被廣泛應用於不同的商業應用，如吸收材料、光催化劑、氣體傳感器、催化劑[9]、磁共振成像(MRI)和鋰離子電池[8]。近年來，納米鐵氧體因其優異的物理化學性能與大塊鐵氧體[8]相媲美而受到廣泛的研究。在納米粒子的結構、組成和性能之間，鐵酸鋅為直接關係樹立了一個極好的例子。當鋅鐵氧化物作為塊狀材料製備時，其具有尖晶石結構AB2O4一個四麵體的位置被Zn占據2 +離子和一個八麵體B位3＋離子。根據陽離子的分布，尖晶石可以是鋅尖晶石一樣的正態尖晶石，也可以是逆態尖晶石，一半三價離子在四麵體位置，另一半與二價離子在八麵體位置[10]。製備高電磁鋅鐵氧體的方法多種多樣，包括原位沉澱法[11]、高能球磨[12,13]、簡單多元醇法[14]、還原焙燒[15]、水熱法、先進燃燒路徑[16]、共沉澱法[17-19]、溶劑熱法[20]、二茂鐵前驅體法、超聲空化法、微波輔助合成[21]、熱等離子體[9]、微乳液法、燃燒前猝滅法(CFQM)[22]、溶膠-凝膠自燃法[23,24]、化學沉澱法[25]、自蔓延低溫燃燒法[26]、自燃技術[27]和常規方法[28]等。然而，上述方法中存在粒度不均勻、含有雜質等問題，使得產品[7]的產量進一步提高。

為了克服上述方法所揭示的問題，在製備過程中必須在磁性納米顆粒表麵塗上表麵活性劑和不同的覆蓋劑以穩定納米顆粒[29]。通過對鐵素體納米顆粒尺寸的控製，可以改變其性能，有利於構建在不同應用領域具有良好性能的新型複合材料。

尖晶石材料的性能可以改變以滿足特定應用的需要。鐵氧體通常是用陶瓷法合成的。通過這種方法得到的顆粒大小不一。因此，這些無關緊要的粒子表示各種各樣的問題。近年來的研究表明，無機材料是未來工業和技術發展的關鍵。在過去的幾年裏，由於其可靠的應用，被檢測最多的材料是具有磁性的材料。目前，各種類型的磁性NPs被用於磁分離、藥物輸送、腫瘤[31]的熱治療(作為mri造影劑[32])、磁數據存儲、氣體傳感器、隧道磁電阻(TMR)、鐵磁流體、磁場輔助放射性核素治療以及磁性可分離吸收劑。目前，磁性納米顆粒用於磁性生物檢測是最常見的，因為它們的物理特性使檢測速度更快，在某些情況下，比目前可用的商業方法提高了靈敏度[33]。氧化鋅納米顆粒在生物醫學領域的應用是磁性材料中最適用的，因為它們具有既定的生物相容性。

為了製備各種類型的納米顆粒，使用了大量的方法，如物理、化學、生物和混合方法。每一種方法合成的納米顆粒都有其獨特的性質。在眾多已證實的合成方法中，利用廉價、無毒、環保的前驅體，以簡單的路線製備納米鐵氧體仍然是核心問題。此外，無機分子和生物結構之間的相互聯係是現代納米科學和技術中最令人振奮的研究領域之一。然而，植物對金屬納米粒子的綠色合成仍在進行中。綠色納米技術已經引起了廣泛關注，它涉及到大量去除有害物質以恢複環境的過程[36]。自然界中有大量的綠色資源，包括真菌、藻類、酵母、細菌、病毒、植物和植物產品，這些資源都可以用來製造納米顆粒。值得注意的是，眾所周知，單細胞和多細胞生物[37]都可以製備細胞內或細胞外的無機材料。除此之外，維生素如B1、B2、C和茶葉可以成功地用作還原劑和封蓋劑來生產納米顆粒。它們還在可持續戰略[38]下消除了對有毒還原劑的需求。

不同元素包合納米鐵酸鋅的合成方法

鋅能有效地改善鐵氧體的致密化和電磁性能2 +．為了增強磁化，鋅2 +包含在尖晶石鐵氧體[39]中。目前，納米鐵酸鋅合成方法的多樣化和廣泛的應用引起了研究的興趣。在鐵酸鋅納米粒子的製備過程中，雜質的成核、生長、聚集和吸附等因素都會影響納米粒子的形貌。然而，在一些情況下，不可能獲得完美的大小和形狀的納米顆粒。近年來，出現了各種製備方法，以製備可控、穩定、生物相容性和單分散的鐵酸鋅納米顆粒。合成高質量鐵酸鋅納米顆粒最常見的方法有共沉澱法[40-42]、溶膠-凝膠法[43,44]、水熱法、熱處理法、常規陶瓷法和微波燃燒法。下麵幾節簡要回顧了典型的和最新的合成途徑及其形成機製。

共沉澱方法

共沉澱法合成納米鐵酸鋅可能是最簡單和最高產的化學路線。這種方法還提供了良好的納米顆粒生產[45-47]。然而，隻有動力學因素決定晶體的生長，因此限製了對粒徑分布的控製。在製備氧化鐵納米顆粒的過程中，為了控製磁性、尺寸和表麵性能，可以安排許多因素。通過保持pH值、溫度、離子強度、鹽的性質或Fe(II)/Fe(III)濃度比，納米顆粒的形狀和大小可以定製。

磁有限公司(1 - x)ZnxFe2O4(x=0.25, 0.50, 0.75)鐵素體納米顆粒在堿性介質中使用水鹽溶液(FeCl3..6H2O, COCl2.6H2O, ZnSO4.7H2O)共沉澱法。采用油酸作為表麵活性劑，在磁性納米顆粒周圍形成防水外殼，防止磁性納米顆粒團聚。磁性納米粒子的單疇形成膠體體係，這是一種平均直徑約30納米的鐵磁流體。能量色散x射線光譜和x射線衍射表征了樣品的結構和組成。用透射電鏡(TEM)研究了製備的納米顆粒在10 ~ 50 nm範圍內的粒徑。在本研究中，作者證明了隨著Zn at %的增加，製備的納米粒子的矯頑力場、尺寸和晶體都減小，因此，在磁滯回線較小的情況下，將其視為軟磁材料。

製備了Co - zn取代的Co - zn超細顆粒1 - x鋅x菲2O4x從0.1到0.5。以油酸為表麵活性劑，采用共沉澱法合成了納米粒子。采用XRD、TEM、VSM和穆斯堡爾研究方法對製備的樣品進行表征。TEM技術測定製備的納米顆粒的大小可達50納米。隨著鋅取代量的增加，磁性參數和粒度逐漸減小。在本研究中，作者確定了所製備的納米顆粒用於形成鐵磁流體，這些鐵磁流體可以有效地用於利用磁感應對流散熱[50]的能量轉換應用。

在這裏，研究人員集中於製備純錳和鍺摻雜錳x鋅1 - x菲2O4通過改進的共沉澱方法。通過各種技術對製備的納米顆粒進行表征，證實在最佳條件下，純的和gd摻雜的納米顆粒從11nm擴大到18nm。所製備的納米顆粒是磁熱泵應用的合適候選材料[51]。

溶膠-凝膠法

溶膠-凝膠技術是一種低溫技術，提供經濟的產品和完美的化學成分。用這種方法製備的材料在電子、光學、空間、能源等方麵有不同的應用。在這種方法中，在固態煆燒過程中，凝膠的製備減少了對原子擴散的需求，並提供了優越的均勻性程度。然後在水解和冷凝後轉化成均相氧化物(凝膠)，首先得到適當前驅體的溶液。一般來說，為了生產多組分的氧化物，醇鹽被放在酒精中。在某些情況下，鹽，如醋酸鹽被用來代替醇鹽。在溶膠凝膠法中，水解所需的水、酒精、pH值、醇鹽濃度和控製溫度。

據Azadmanjiri介紹，[52]用於合成納米Ni - Zn鐵氧體溶膠-凝膠燃燒法比較方便。采用鋅(NO)作為原料3.）2•6小時2O, Fe(沒有3.）3.•9 h2O,倪(沒有3.）2•6小時2O和檸檬酸。用氨水使溶液的pH值保持在7。在這種方法中，凝膠被允許在空氣中點燃後，它表現出自我傳播的行為。利用該方法研究了鋅對製備的納米粒子介電常數(ε′)、複介電常數(ε”)和介電損耗正切(tanδ)等電磁性能的影響。隨著鋅的增加，這些值降低。對製備的樣品進行了XRD和銅Kα輻射EDX的鑒定和表征。利用VSM和阻抗分析儀對製備的樣品的磁性和電磁性能進行了測定。利用Scherrer公式對(311)峰進行x射線峰加寬，計算出製備粉體在73 ~ 80 nm範圍內的晶體尺寸。研究人員聲稱，製備的納米顆粒具有良好的電磁性能和細粒微結構，可用於多種應用，如經濟的高性能電子材料。

Cao等[53]采用溶膠-凝膠和後續煆燒方法製備鎂和銅摻雜鋰鋅鐵氧體。用SEM和XRD對所製備的顆粒進行了結構和結晶性質的表征，結果表明摻雜樣品與純樣品之間沒有差異。研究人員證明，摻雜銅提高了樣品的吸波性能，而摻雜鎂對樣品的吸波性能改善甚微。為了提高樣品的低頻微波吸收，製備樣品中銅的摻雜量有待進一步研究。

水熱方法

由於磁性能與某些參數(如控製尺寸和形狀)之間有很強的相關性，鋅鐵氧體納米顆粒現在在技術上具有重要意義。一些傳統的方法，如微乳液和熱分解，不僅過程複雜，而且需要較高的溫度。作為一種替代方案，水熱途徑結合了幾種濕化學技術，使物質在密封容器中從高蒸氣壓的高溫水溶液結晶。水熱法製得的顆粒結晶度較其他方法好，而且水熱法製得無位錯的單晶顆粒，因此水熱合成是獲得極結晶納米顆粒[54]的最有效途徑。許多作者提出了水熱法製備納米鐵酸鋅的方法。

例如Yu etal .[55]使用水熱反應製備鋅鐵氧體納米顆粒，在該技術中，他們選擇金屬鋅片和FeCl2作為反應物，在180°C的氨溶液中。本文製備了尺寸為300nm的八麵體顆粒。在此幫助下，研究人員發現ZnFe的製備2O4納米粒子受氨溶液濃度、反應時間和反應溫度的影響，也證明水熱法是合成高質量鐵酸鋅納米粒子的有效途徑

在這裏，研究人員Rath等人[56]演示了Mn的製備0.65鋅0.35菲2O4納米顆粒通過水熱沉澱法從金屬氯化物溶液中析出，使用氨水作為沉澱劑。采用TEM、VSM和XRD等技術對製備的樣品進行了表征。XRD研究了納米顆粒的晶粒大小。用透射電鏡對納米顆粒的形貌和粒徑進行了測定，得到的納米顆粒尺寸在9 ~ 12 nm範圍內。用VSM對製備的樣品進行了磁性測量。外加5 kOe的磁場增強了材料的殘餘磁化、矯頑力和飽和磁化等磁性參數。通過測量磁化強度，觀察到了由鐵磁態向順磁態的轉變。

熱處理方法

Naseri等[57]采用熱處理方法製備了鐵酸鋅納米級顆粒。據研究人員稱，這種方法簡單、經濟、環保。在這種方法的幫助下，可以製備出純淨的晶體納米顆粒。在這種方法中，納米顆粒被聚乙烯醇吡咯烷酮(PVP)作為一種封蓋劑穩定，並在723 ~ 873K的不同溫度下煆燒。采用XRD、TEM、FT-IR和VSM等技術對所製備的納米粒子進行表征。ZnFe的形成2O4經XRD譜圖和TEM成像證實的納米顆粒粒徑範圍為17 ~ 31 nm。紅外光譜顯示有機帶的缺失和金屬氧化物帶的存在。振動樣品磁強計證實煆燒納米顆粒具有超順磁性。根據樣品的合成方法，證實了矯頑力和飽和磁化強度等參數的取值。EPR光譜揭示了未配對電子的存在。

Leng et al.[58]通過熱處理方法製備了Ni-ZnFe納米級顆粒2O4以去離子水為溶劑，金屬硝酸鹽為前驅體，聚乙烯醇吡咯烷酮為蓋覆劑，使顆粒穩定。采用XRD、TEM和VSM等手段對製備的樣品的結構、粒度和磁性能進行了表征。在此基礎上，研究人員研究了隨著煆燒溫度從723 K增加到873 K，顆粒尺寸從7 nm增加到25 nm，磁化飽和度也從11-26 emu/g增加。FTIR測定了所有有機物的去除和金屬氧化物帶的存在。據研究人員稱，熱處理是製備納米顆粒的一種環保方法。

微波燃燒法

根據Kooti和Naghdi Sedeh[59]對於鐵素體納米顆粒的合成有幾種方法，其中這些方法;微波燃燒合成路線因其多種特性而受到研究者的關注。因此，作者采用微波燃燒技術製備了三種含錳鐵的納米晶鐵氧體2O4, ZnFe2O4和Mn-Zn-Fe2O4．為了支持納米顆粒的持續燃燒反應，在合成過程中采用甘氨酸作為燃料。采用BET和BJH方法確定了製備的納米顆粒的比表麵積和孔徑分布，TEM和FESEM測定了粒徑在25 nm範圍內，VSM測定了磁性能。研究人員證明，微波燃燒法是合成納米粒子最合適的技術，並有可能用於製備其他鐵氧體。

傳統陶瓷的方法

[60]取代非磁性鋁離子改善了Mn-Ni-Zn鐵氧體的磁性能。在此基礎上，研究人員證實了al離子的取代提高了初始磁導率和飽和磁化率，孔隙率增加而晶格參數降低，並聲稱所有取代樣品的直流電阻率和居裏溫度都增加。在本研究中，作者已經建立了製備的粒子可以有效地用於高頻應用。

綠色合成

由於磁性納米粒子具有高矯頑力和超順磁性等不尋常的特性，近年來磁性納米粒子得到了廣泛的關注。但是這些納米粒子的傳統合成路線麵臨著一些限製。

事實上，有各種各樣的綠色資源，如微生物和植物可用於合成納米顆粒。近年來，基於植物的納米顆粒綠色合成引起了研究者的關注。植物提取物不僅能在較短的時間內減少金屬離子，而且能提供高產量的納米顆粒。納米粒子的製備時間取決於植物的種類和植物化學物質的濃度。盡管如此，基於植物的磁性納米顆粒的綠色合成仍在研究中，近四年來已發表了許多關於該主題的論文[61]。

Pattanayak和Nayak[62]報道了利用10種不同植物的提取物綠色合成鐵納米顆粒，這些植物包括咖喱葉、百裏香草種子、origano葉、孜然籽、玫瑰葉、咖啡籽、綠茶葉、紅茶、丁香芽、芒果葉。通過研究確定了該綠色合成路線不僅對環境無害，而且價格便宜、無毒、使用方便。本研究采用XRD、SEM、TEM和FTRI表征技術對製備的納米顆粒進行了研究。

最近，Shah等人[63]利用植物部分的提取物製備了13-21納米的納米鐵顆粒檸檬酸香椿，駝背石，曼陀羅，堇葉Tinospora cordifolia, procumbens而且大戟屬植物milii與氯化鐵反應。眾所周知，現在的植物部分用於穩定和防止納米顆粒的團聚。用紫外-可見吸收分光光度計、透射電鏡(TEM)和動態光散射(DLS)、粒徑分析儀對製備的納米顆粒進行了表征。

Dhuper等[64]采用綠色路線，提出了利用芒果植物提取物生成納米級零價鐵的方法。作者聲稱製備的50- 100nm大小的納米顆粒是無毒、環保和生物兼容的。因此，綠色路線可以替代化學合成方法，為納米顆粒的形成提供廉價、無毒的試劑。

Kumar等[65]和Dora等[66]以蘆薈植物提取物為前驅體，采用改良的溶膠-凝膠法，采用綠色路線合成了納米ni - zn -鐵氧體和Mg-Zn鐵氧體顆粒。采用x射線衍射(XRD)、傅立葉變換紅外光譜(FT-IR)、透射電鏡(TEM)和振動樣品磁強計(VSM)等方法測定了顆粒的結構特征、磁化強度和尺寸。研究人員已經確定，蘆薈植物提取物作為前驅體不僅廉價和用戶友好，而且具有完美的結構和粒度，可用於高產。

Palanisamy等人用共沉澱法合成了氧化鐵納米顆粒，並對其進行了表征和研究，用橄欖油(生物表麵活性劑)穩定了納米顆粒。用不同的技術對製備的納米顆粒進行了表征，TEM證實納米顆粒的尺寸在20 ~ 50 nm範圍內。研究人員還提出，所製備的納米顆粒包覆生物表麵活性劑可作為抗菌劑。

稀土離子摻雜在鋅鐵氧體納米粒子中的影響

當今，具有更高性能和新的合成途徑的先進材料的創造經受住了技術需求的增強，已經引起了許多研究人員的相當關注。納米材料以其優異的物理化學性能和廣泛的技術應用成為當前研究的核心。眾所周知，鐵氧體納米顆粒對製備路線敏感，因此組成和微觀結構很容易影響納米顆粒的磁性、結構和化學性能[67]。尖晶石鐵氧體的物理和化學性質也取決於結構的質量和陽離子在四麵體和八麵體位置的分布。鐵氧體的高頻應用與其高電阻率直接相關[68]。

許多研究人員關注稀土金屬離子包裹在鋅鐵氧體結構中以顯著提高其電磁性能，但目前隻有有限的文獻報道稀土金屬離子包裹對鐵氧體納米粒子性能的影響[69]。

Naidu等人[70]製備了ZnFe2O4溶膠-凝膠法製備納米粒子。用掃描電鏡測定了Sm摻雜鋅鐵氧體納米粒子的尺寸。XRD分析了粒子的結構和組成，並通過VSM研究證實了製備的粒子的磁性行為。根據研究人員的說法，如果在合成過程中離子尺寸越小，粒子就越容易生長。他們還證明，隨著Sm的增加，矯頑力和飽和磁化也會增加，這導致了鐵素體粒子的納米尺寸。作者證實了所製備的粒子可有效地用於幾種微波元件的天線構造和小型化過程。

通過稀土釹的取代3＋離子Eltabey等[71]改善了Mn-Ni-Zn鐵氧體的磁性能。通過製備Mn，研究人員研究了物理和磁性能的組成依賴性0．5倪0．1鋅0.4Ndx菲2 xO4利用陶瓷法製備鐵氧體。SEM和EDX證實，Nd3+離子的取代對平均晶粒尺寸沒有影響。當它在晶界中的濃度低於晶界中的濃度時。飽和磁化強度隨著Nd3+離子濃度的增加而增大，達到最大值。

Jacob等[69]通過溶膠-凝膠技術製備了摻雜鋱的Ni - Zn鐵氧體。用XRD對製備的FCC尖晶石結構進行了表征。研究人員證實，製備的樣品的性能、結構、尺寸和交流電導率受Tb摻雜的影響3＋．

Papa等[72]研究了簡單和釹取代鋅鐵氧體對偶聯氧化甲烷(OCM)反應的催化活性。本實驗采用燃燒法合成了純釹取代鋅鐵氧體。在此實驗的幫助下，作者證明了完全取代的鐵氧體(ZnNd2O4)和純鐵素體(ZnFe2O4)是最活躍的催化劑

應用程序

鐵酸鋅納米顆粒的生物醫學應用

近年來，納米粒子的研究引起了人們的注意，特別是在生物醫學領域。納米技術與醫學科學領域的融合釋放了新的可能性。近年來，納米粒子的進一步研究使分子生物學得到了進一步的發展。因此，出現了各種各樣的治療疾病的技術，這在以前是不可想象的。目前，生物功能納米粒子的製備是眾多研究者關注的核心問題，以期使該領域在生物醫學領域得到進一步發展。

Blanco-Andujar等人[73]提出了包被羧基右旋糖酐的Mn/Zn鐵氧體NPs，使其在生理狀態下保持穩定。基於納米粒子的工作原理，他們還研究了納米粒子膠體穩定性的改善和生物分子的參與。根據他們的說法，在合成納米鐵素體的過程中，醇基配體的使用升級了配體交換。

在過去的幾十年裏，研究最多的納米顆粒是具有磁性的納米顆粒，因為它們在可分離磁性吸收劑、磁場輔助放射性核素治療、傳感器、生物技術中的催化劑、熱療、MRI中的造影劑、靶向給藥、鐵磁流體、隧道磁電阻(TMR)、氣體傳感器以及磁數據存儲等領域有潛在的應用。其中，鋅鐵氧體在生物醫學領域的應用最為有效，因為它具有良好的生物相容性。

根據Raj Kumar等人[1]的研究，Mn-Zn鐵氧體損耗低，磁導率高。因此他們準備了MnZnFe2O4通過溶液燃燒法在10-40 nm範圍內。這些製備的粒子可以有效地用於多種生物醫學應用，如藥物輸送應用，抗菌，抗真菌和電子應用的導電性能。

在生物醫學應用方麵，Joseyphus等人[74]利用水法製備了鐵素體納米顆粒。在這篇論文中，研究人員證實，由於高磁化溫度梯度和低居裏溫度，錳鋅鐵氧體可用於各種生物醫學應用，如藥物輸送係統和醫療診斷和鐵磁流體。

ZnFe2О4作為新型T1 MRI造影劑:鋅鐵氧體因其耐人尋味的磁性特性而受到人們的積極追捧。鐵酸鋅納米顆粒也表現出較低的毒性，以取代其他金屬陽離子。因此，鋅離子摻入是改善新型非鑭基MRI造影劑的較好選擇。

Wan等人[15]成功製備了6nm納米ZnFe2O4粒子通過多元醇過程。為了膠體穩定性，研究人員使用一層親水多元醇來穩定納米顆粒，初步的細胞毒性測試證實，製備的顆粒本質上是無毒的。在此幫助下，研究人員已經確定，鋅鐵氧體納米顆粒作為新型T1 MRI造影劑可以有效地取代傳統的氧化鐵顆粒和釓螯合物。

ZnFe2 О4對癌細胞的細胞毒性作用:Gahrouei等[75]首次研究了鈷鋅鐵氧體磁性納米顆粒對人類前列腺癌細胞株的細胞毒性影響。據研究人員稱，納米顆粒的細胞毒性正被各種生物醫學應用所高度吸引。在本研究中，他們還製備了DMSA包覆的鈷鋅鐵氧體磁性納米顆粒，以獲得更好的結果。在這項研究的幫助下，作者證實了在高濃度DMSA包被的鈷鋅鐵氧體磁性納米顆粒對人類前列腺癌細胞株表現出一定的細胞毒性。

鐵氧體鋅作為催化劑

由於納米顆粒具有較大的表麵積，在催化領域得到了廣泛的應用。許多研究人員報道了鐵氧體與鑭係化合物以及通常與鈷、鎳、銅、鋅的催化應用。近年來，在保持磁性的同時，二氧化矽和二氧化鈦被成功地融合到核殼納米結構中。碳-碳偶聯、烷基化、氧化、脫氫反應、分解反應等是納米鐵氧體的主要應用。鐵素體納米顆粒最重要的優點是可以用於各種反應而不剝奪其催化活性[76]。

Kharisov等[76]研究了非納米純釹取代鐵酸鋅催化劑對甲烷的氧化轉化和甲烷的氧化偶聯反應。本研究證明了釹取代鐵氧體偶聯反應活性較低，而純鋅鐵氧體(ZnFe)偶聯反應活性較低2O4)和ZnNd2O4非常活躍。

Kharisov等人[76]進一步報道了使用硝酸鹽前驅物通過共沉澱法合成5-45 nm範圍內的鐵酸鋅納米粉體。在本研究中，研究人員證明了製備的鐵酸鋅納米粉體是高效的催化劑，因為它們成功地將甲醇分解為CO和氫。

由於鐵氧體具有最高效的電學、介電和磁性能，因此可以有效地應用於半導體、磁共振成像、計算機存儲芯片和顏料等領域。碳氫化合物的烷基化、染料的光催化臭氧化、苯酚羥基化(氧化)、汽車廢氣的處理、醇和過氧化氫的分解以及碳氫化合物的氧化脫氫都是利用鐵氧體催化特性的工業過程。采用共沉澱法製備了粒徑為6 - 45nm、立方結構的納米鐵氧體鋅，證明了其催化甲醇分解CO和氫的活性。在此基礎上建立了鐵氧體材料在甲醇分解過程中對CO表現出良好的催化活性和選擇性[76]。

鐵酸鋅異相光fenton催化劑:Anchieta等[21]研究了鐵酸鋅通過異相光fenton反應對有機汙染物分解的催化活性。ZnFe2O4以乙二醇和1,4丁二醇為溶劑，采用溶劑熱法製備納米顆粒。結果表明，該催化劑對汙染物具有較高的催化降解活性。ZnFe2O4粒子可以有效地作為異相光-芬頓催化劑，在可見光存在下降解Procion紅染料。

染料降解用鐵氧體鋅:由於染料的存在，當今發展中國家麵臨廢水處理的困難。這些染料具有複雜的芳香結構，很難降解。在水中，它們經曆水解和氧化等許多過程，從而產生致癌的副產物。因此，為了公眾的健康和安全，必須降解這些染料。最近，Mahmoodi等人[78]證實，鐵酸鋅納米顆粒對去除水中的有機和無機汙染物最有效。

Mahmoodi等[78]以活性紅198和活性紅120為模型染料，研究了過氧化氫存在下有色廢水中鐵酸鋅納米粒子的光催化染料降解和礦化能力。他們評估了ZnFe對染料的降解效果2O4用量、鹽和染料初始濃度。實驗結果證實了從有色廢水中降解染料的可行性2O4可有效地用作磁性光催化劑。

鐵酸鋅在可見光下的光觸媒:對於有毒氣體的分解，光電化學或太陽能電池器件和光催化劑因其高效率而引起了廣泛的關注。

Jang等[79]通過固相反應法合成了具有尖晶石晶體結構的鋅鐵氧體。本文研究了ZnFe的光催化活性2O4在可見光(420 nm)下對異丙醇進行光分解，發現異丙醇是一種比最近報道的TiO活性高得多的光催化劑2 xNx光催化劑。本文作者證明了ZnFe對有毒氣體的分解作用2O4在可見光下可作為活性光催化劑。

更進一步，Jang等[80]研究了高結晶度、均勻性和比表麵積的尖晶石型鋅鐵氧體的光電和光催化性能，並通過聚合絡合物法成功合成。結果表明，PC法製備的鐵酸鋅光降解活性高於SSR法製備的鐵酸鋅光降解活性，也高於TiO法製備的鐵酸鋅光降解活性2 xNx．本文作者證明了ZnFe對有毒氣體的分解作用2O4與SSR和TiO法製備的鋅鐵氧體相比，PC法製備的鋅鐵氧體在可見光下具有更高的活性和效率2 xNx．

ZnFe2О4作為傳感器

隨著尖晶石鐵氧體應用的可能性越來越大，人們對它重新產生了興趣。因此，這些鐵氧體現在被廣泛用作傳感元件。鐵氧體可以作為濕度/氣體傳感器材料，因為它們對這些參數非常敏感。鐵氧體的多孔性是一種有益的性質，它對傳感器非常重要。孔隙的大小不僅影響傳感器，而且它們也作為濕度/氣體的吸附點。Srivastava和Yadav[2]已經報道了一些敏感元素如CuFe的敏感性改變2O4, CdFe2O4, ZnFe2O4在不同濃度的氣體溫度下。基於電阻率的鐵氧體傳感器具有多種性能，具有廣泛的應用前景。

ZnFe2O4作為緩蝕劑

目前，納米顆粒在抑製腐蝕方麵起著至關重要的作用。有一些化學物質作為緩蝕劑應用於腐蝕表麵。滿意的緩蝕劑具有生產簡便、低毒、價格低廉、緩蝕效率高等特點。一些納米粒子不僅暴露了這些特性，而且對環境也是無害的。氧化鐵納米顆粒具有良好的穩定性能，具有較高的緩蝕效率。因此，為了獲得良好的防腐蝕性能，我們將橄欖油作為天然穩定劑與氧化鐵納米顆粒混合，在室溫下儲存6個月後塗覆在低碳鋼上。為了形成氧化鐵納米顆粒作為穩定劑，采用了加入橄欖油作為天然劑的綠色合成機理。最後的結果表明，橄欖油穩定的納米顆粒具有較高的抑製能力和更強的防腐性能[81]。

結論與未來展望

  • 鐵素體納米顆粒一直是研究的穩定來源。這些納米粒子因其順磁性而受到廣泛關注。
  • 醫藥、催化劑、傳感器、磁儲存、緩蝕劑和水淨化等都是鐵素體納米顆粒的應用。
  • 在鐵素體中，鋅鐵素體納米粒子具有多種功能，是先進材料中最有發展前途和最活躍的研究領域。
  • 鋅鐵氧體，無論是摻雜的還是未摻雜的，都是廣泛應用的有吸引力的候選材料。它們在水處理和水淨化方麵也有廣闊的發展前景。
  • 在研究領域，迄今為止，溶膠-凝膠、共沉澱法和水熱法製備納米鐵酸鋅的工作給我們帶來了啟發。這些是合成納米鐵酸鋅最常用的方法。
  • 但是納米鐵素體的製備方法還沒有得到充分的探索。當時使用的方法是基於化學途徑，產生化學製備的納米顆粒本質上是有毒的。
  • 大多數化學方法都不能在納米水平上降低顆粒尺寸，但綠色合成路線基於現有植物的利用使其成為可能。它不僅經濟，而且還可以製備無毒的納米顆粒。

因此，對納米鐵酸鋅的綠色合成進行深入、詳細和係統的研究已成為必然

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文章類型:評論文章

引用:Sheikh A, Jain P(2016)納米鐵酸鋅的綠色合成研究。納米外科2(3):doi http://dx.doi.org/10.16966/2470-3206.115

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出版的曆史:

  • 收到日期:2016年5月05

  • 接受日期:2016年6月24日

  • 發表日期:2016年6月29日