用途

四氧化三铁是一种常用的磁性材料。

特制的纯净四氧化三铁用来作录音磁带和电讯器材的原材料。

天然的磁铁矿是炼铁的原料。

用于制底漆和面漆。

四氧化三铁是生产铁触媒（一种催化剂）的主要原料。

它的硬度很大，可以作磨料。已广泛应用于汽车制动领域，如：刹车片、刹车蹄等。

四氧化三铁在国内焊接材料领域已得到认可，用于电焊条、焊丝的生产尚属起步阶段，市场前景十分广阔。

四氧化三铁因其比重大，磁性强的特点，在污水处理方面表现出了良好的性能。

四氧化三铁还可做颜料和抛光剂。

我们还可以通过某些化学反应，比如使用亚硝酸钠等等，使钢铁表面生成一层致密的四氧化三铁，用来防止或减慢钢铁的锈蚀，例如枪械、锯条等表面的发蓝、发黑。俗称“烤蓝”。

制作特殊电极。

纳米级别

简介

四氧化三铁具有铁磁性，如果形成颗粒半径在纳米级别，称为四氧化三铁磁性颗粒。

反应原理

2013来，有关纳米Fe3O4制备的文献大量涌现，一些新型的制备工艺也不断出现。传统制备纳米Fe3O4的方法主要有沉淀法、水热（溶剂热）法、微乳化法、溶胶-凝胶法。新兴的制备方法如微波法、热解羰基前躯体法、超声法、空气氧化法、热解-还原法、多元醇还原法等正逐渐成为学者们研究的热点。在相关制备Fe3O4的方法中，新型的表面活性剂、制备体系也都有所突破。表面活性剂已经不仅仅局限于SDS、PEG、CTAB、柠檬酸、油酸等，用NSOCMCS、聚丙烯酰胺作修饰剂也有于报道。制备体系也相继出现乙醇-水体系、正丙醇-水、丙二醇-水体系等。

1、沉淀法

沉淀法由于其工艺操作简单成本较低，产品纯度高，组成均匀，适合于大规模生产，成为最常用的纳米颗粒的制备方法。同时，通过向沉淀混合液中加入有机分散剂或络合剂可提高纳米粒子的分散性，克服纳米粒子易团聚的缺点。常用的沉淀法有共沉淀法、水解沉淀法、超声沉淀法、醇盐水解法和螯合物分解法等。

(1) 共沉淀法

共沉淀法在含有多种阳离子的溶液中加入沉淀剂，让所有离子完全沉淀。为了获得均匀的沉淀，通常将含有多种阳离子的盐溶液慢慢加入到过量的沉淀剂中进行搅拌，使所有离子的浓度大大超过沉淀的平衡浓度，尽量使各组分按比例同时析出来。

共沉淀原理

其原理是Fe2++2Fe3++8OH-→Fe3O4+4H2O。具体如右图。

沉淀法制备纳米粒子时，Fe2+、Fe3+的摩尔比直接影响产物的晶体结构；溶液的pH值、离子浓度、反应温度等均影响微粒的尺寸大小。如何通过控制反应条件制备晶体结构单一、颗粒尺寸均匀的纳米颗粒是沉淀法所面临的主要问题。外沉淀剂的过滤、洗涤也是必须考虑的问题。

共沉淀法得到的四氧化三铁纳米粒子多为球形结构，粒径较小(5～10nm)。但由于该反应的温度比较低，所以得到的粒子的结晶性相对较差。而且，该法制备的纳米Fe3O4微粒沉淀在洗涤、过滤和干燥时颗粒间易发生团聚，会影响纳米Fe3O4的性能。

(2) 水解沉淀法

水解沉淀法就是利用碱性物质的水解释放OH-，常用的碱性物质有尿素、己二胺等，这些物质释放OH-的速度比较慢，在制备纳米Fe3O4微粒时有利于生成颗粒均匀的纳米颗粒，通常这种方法能制备出颗粒分布在7nm到39nm的纳米颗粒。

(3) 超声沉淀法

超声能在溶剂中产生空化效应，产生的空化气泡在10～11秒的极短时间内塌陷，泡内产生5000K左右的高温。该系列空化作用与传统搅拌技术相比更容易实现介观均匀混合，消除局部浓度不均，提高反应速度，刺激新相的形成，而且对团聚还可以起到剪切作用，有利于微小颗粒的形成。超声波技术的应用对体系的性质没有特殊的要求，只要有传输能量的液体介质即可。Vijayakumar.R等用高强度超声波的辐射，从乙酸铁盐水溶液制得粒径为10nm，具有超顺磁性的Fe3O4颗粒。

(4) 醇盐水解法

利用醋酸钠在水中电离生成醋酸根的还原作用，在高压反应釜中180℃左右将Fe部分还原Fe，Yonghui Deng等用FeCl₃醋酸钠和乙二醇在高压反应釜中加热200℃8h即制得了具有超顺磁性的Fe3O4纳米颗粒。

(5) 螯合物分解法

该法原理是金属离子与适当的配体形成常温稳定的络合物，在适宜的温度和pH值时络合物被破坏，金属离子重新释放出来与溶液中的OH-离子及外加沉淀剂、氧化剂作用生成不同价态不溶性的金属氧化物、氢氧化物、盐等沉淀物，进一步处理可得一定粒径甚至一定形态的纳米粒子。

2、水热（溶剂热）法

水热（溶剂热）反应是高温高压下在水溶液（有机溶剂）或蒸气等流体中进行的有关化学反应的总称。水热法是近十余年发展起来的一种制备纳米粉体的合成，用此法所制备的Fe3O4粒径小、粒度较均匀、不需要高温煅烧预处理，并可实现多价离子的掺杂。然而，由于水热法要求使用耐高温、高压的设备，因而此法成本较高，难以实现规模化生产。

水热法制备纳米Fe3O4大多采用无机铁盐(FeCl3·6H2O、FeCl2·4H2O、FeSO4)和有机铁盐(二茂铁Fe(C5H5)2)作为先驱体，以联氨、聚乙烯基乙二醇、PVP等作为表面活性剂,在低于200℃的碱性溶液条件下合成。

Shouheng Sun用水热方法制备了粒径可控的超顺磁性Fe3O4颗粒。首先以Fe(acac)3为Fe源制备粒径为4nm的Fe3O4颗粒，然后以粒径为4nm的Fe3O4颗粒为晶种，通过控制保温时间等因素分别制备了粒径分别为6、8、12、16nm的Fe3O4纳米颗粒。

Zhen Li等报道了采用常见的FeCl3·H2O替代价格昂贵的Fe(acac)3作为前驱体，制备了Fe3O4纳米颗粒。

Yadong Li等报道了以FeCl3·6H2O、NaAC、EG、PEG为原料制备了单分散性的Fe3O4纳米颗粒，且粒径尺寸可调。

3、微乳化法

微乳化法是指两种互不相溶的溶剂在表面活性剂的作用下形成乳液，也就是双亲分子将连续介质分割成微小空间而形成微型反应器，反应物在其中反应生成固相，由于成核、晶体生长、聚结、团聚等过程受到微反应器的限制，从而形成包裹有一层表面活性剂并且有一定凝聚态结构和形态的纳米颗粒。

微乳液法制备纳米催化剂，具有所需设备简单、实验条件温和、粒子尺寸可控等优点，这是其它方法所不能比拟的。因此，成为纳米催化剂合成中令人十分关注的技术。关于微乳液法制备纳米催化剂方法的研究多集中于对粒子尺寸的控制上，关于对粒子单分散性的控制研究还比较少。

4、溶胶-凝胶法（sol-gel）

该法是利用金属醇盐的水解和聚合反应制备金属氧化物或金属氢氧化物的均匀溶胶，再浓缩成透明凝胶，凝胶经干燥热处理后制得氧化物超微粉的。Sol-gel方法的缺点是采用金属醇盐作为原料致使成本偏高，且凝胶化过程合成周期长。同时，应用sol-gel法制备粒径100nm以下的纳米颗粒还未见报道。

此外，其它制备方法如微波法、热解羰基前躯体法、超声法、空气氧化法、热解-还原法、多元醇还原法等相继有报道。

海岩冰等用FeSO4溶液加入氨水溶液在微波炉中8s即得到黑色的Fe3O4纳米颗粒。Alivasatos等用热解羰基前躯体法制备出了单分散的γ-Fe3O4纳米粒子，此后该法在制备单分散的磁性氧化物纳米粒子中得到了广泛的应用。Liu等采用多元醇还原法，利用乙酰丙酮亚铁和乙酰丙酮合铂在高温液相中的还原反应制取了直径为3nm的FePt磁性纳米粒子，该粒子在表面活性剂的保护下呈现单分散状态。孟哲等人在室温下pH=10左右的环境中采用氧化诱导、空气氧化Fe(OH)2悬浮液成功制备出高纯度、磁性强、球形分布的Fe3O4超细粉体。