铁氧体纳米颗粒共沉淀法制备与质子弛豫状态的调控

发布时间：2023-07-01 10:30:47 所属栏目：外闻来源：互联网

导读： 　　造影剂是磁共振成像中常用的对比剂,可为各种磁场中的各方向的磁场形成不同比例的成像,主要用于增强异常组织与正常组织的影像观察对比效果。传统的单模 MRI 造影剂有时无法提供高精度的

　　造影剂是磁共振成像中常用的对比剂,可为各种磁场中的各方向的磁场形成不同比例的成像,主要用于增强异常组织与正常组织的影像观察对比效果。传统的单模 MRI 造影剂有时无法提供高精度的解剖细节，因此需要对其进行更加深入的研究。来自俄罗斯圣彼得堡国立工业大学的 Yamen Albadi 课题组联合伏尔加国立理工大学、Loffe 研究所等多个研究机构在 Inorganics 发表了文章，研究采用直接、反向和微反应器共沉淀法合成了形态接近等长、具有超顺磁行为的正铁氧体 (GdFeO3) 纳米晶体，并采用了粉末 X 射线衍射、傅里叶变换红外、高分辨率透射电子显微镜、选取电子衍射、漫反射光谱等方法对样品进行了表征。

　　研究方法

　　研究采用六水合硝酸 (Gd(NO3)3·6H2O) 和非水合硝酸铁 (Fe(NO3)3·9H2O) 作为钆和铁(III)离子的来源，并采用氨水 (NH4OH) 用于沉淀介质。

　　钆正铁氧体纳米晶体的制备方法

　　共沉淀氢氧化物 (Co-Precipitated Hydroxides, CPHs) 及其热处理产物 (Heat-Treated Products, HTPs) 的合成方案如图1 所示。研究在室温下，作者通过直接滴定法、反滴定法和微反应器沉淀法沉淀了钆和铁(III)氢氧化物，并合成了钆正铁氧体纳米晶体，此外还在空气中对所得到的共沉淀氢氧化物进行热处理。

　　直接滴定法：制备得到 60 mL 0.1 mol/L 的氨溶液；每次往 50 mL 0.01 mol/L 的钆和硝酸铁溶液中加入 1 mL 的氨溶液，随后将其放在磁力搅拌器上并测量溶液的 pH 值；

　　反滴定法：制备 100 mL 0.01 mol/L 的钆和硝酸铁溶液；每次往 30 mL 0.1 mol/L 的氨溶液中加入 1 mL 的钆和硝酸铁溶液，随后将其放在磁力搅拌器上并测量溶液的 pH 值；

　　微反应器沉淀法：将 100 mL 0.01 mol/L 钆和铁(III)硝酸盐溶液和 100 mL 0.1 mol/L 的氨溶液，以恒定的角度和相同的速率送入微反应器。

　　钆正铁氧体纳米晶体的制备方法

　　实验采用了粉末 X 射线衍射、傅里叶变换红外、高分辨率透射电子显微镜、选区电子衍射、漫反射光谱等方法对样品进行了表征，并根据 X 射线的展宽计算了制备得到 GdFeO3 晶体的平均尺寸；根据吸附–解吸等温线结果计算了比表面积和孔径分布；根据高分辨率透射电子显微镜和选区电子衍射研究了 GdFeO3 晶体的形态和晶体结构。研究还根据漫反射光谱学计算得到了 GdFeO3 的带隙、整体磁性能以及自旋–晶格 (T1) 和自旋–自旋 (T2) 弛豫时间。

　　研究过程与结果

　　研究的作者将氨溶液慢慢地加入到有机钆和有机溶剂硝酸铁(III)组成的溶液中，随着得到的溶液 pH 逐渐升高，，直至达到Fe3+ 离子沉淀对应的 pH 值；随后滴定溶液的 pH 不会产生明显变化，Fe3+ 离子以氢氧化铁(III)的形式析出；随着氨溶液的进一步加入，溶液 pH 值急剧上升，直到达到 Gd3+ 离子沉淀的 pH 值。该阶段中溶液的pH 值也不会发生明显的变化，Gd3+ 离子以氢氧化钆的形式析出。

　　当作者向氨溶液中加入硝酸钆和硝酸铁(III)溶液时，由于氨溶液的 pH 值足以同时析出 Fe3+ 和 Gd3+，因此钆和硝酸铁(III)氢氧化铁同时析出，此时溶液的 pH 逐渐降低，直到达到 Gd3+ 离子析出对应的 pH；低于此 pH 时，Gd3+ 离子无法析出而 Fe3+ 离子继续析出；随着滴定剂的进一步加入，溶液的 pH 值逐渐降低，直到 Fe3+ 离子停止沉淀，形成的氢氧化铁(III)开始溶解。

　　直接和反向滴定曲线 (红色) 及其一阶导数 (蓝色)。(a) 用氨滴定硝酸钆和硝酸铁(III)；(b) 用硝酸钆和硝酸铁(III)滴定氨。

　　根据初始样品的粉末 X 射线衍射以及傅里叶变换红外结果，作者采用反向和微反应器共沉淀法获得的 CPHs 样品具有物定形相，而采用直接共沉淀法共沉淀法获得的 CPHs 含有结晶相。所有 HTPs 的 X 射线相分析结果表明，主要合成产物是正交钆正铁氧体 (o-GdFeO3, GFO) 和少量立方氧化钆 (c-Gd2O3)。为低温氮吸附–脱附等温线测量结果，对应说明了 GdFeO3 纳米晶体的比表面积和孔径大小。此外，研究还采用了高分辨率透射电镜研究了合成产物的大小和聚集程度，其差异与粉末 X 射线衍射分析结果一致。

　　共沉淀氢氧化物热处理产物的低温氮吸附–脱附等温线，插图显示了这些产品的孔隙宽度分布 (Sint = 积分表面积，Sdiff = 微分表面积)；(b) 共沉淀氢氧化物热处理产物吸附结构分析结果的比较。

　　研究还采用漫反射光谱学研究了 GdFeO3 纳米晶体的半导体性能和带隙值；使用振动磁强计在室温 (298 K) 下获得了 GdFeO3 样品的磁滞回线，其结果表明所合成的纳米颗粒具有超顺磁性；此外研究还测量了合成的 GdFeO3 纳米颗粒在不同浓度的胶体溶液中水质子的自旋–晶格 (T1) 和自旋–自旋 (T2) 弛豫时间。和自旋–自旋(t2)弛豫时间。这些结果表明，gdfeo3纳米颗粒具有超顺磁性，并且在胶体溶液中具有良好的自旋特性。

（编辑：成都站长网）

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