Precise Size Control of the Growth of Fe3O4 Nanocubes over a Wide Size Range Using a Rationally Designed One-Pot Synthesis

尖晶石 材料科学 结晶度 分散性 纳米颗粒 氧化物 纳米晶 纳米技术 热分解 化学工程 纳米结构 化学 有机化学 冶金 复合材料 高分子化学 工程类
作者
Javier Muro-Cruces,Alejandro G. Roca,Alberto López-Ortega,Elvira Fantechi,Daniel Del-Pozo-Bueno,Sònia Estradé,Francesca Peiró,Borja Sepúlveda,Francesco Pineider,Claudio Sangregorio,Josep Nogués
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:13 (7): 7716-7728 被引量:61
标识
DOI:10.1021/acsnano.9b01281
摘要

The physicochemical properties of spinel oxide magnetic nanoparticles depend critically on both their size and shape. In particular, spinel oxide nanocrystals with cubic morphology have shown superior properties in comparison to their spherical counterparts in a variety of fields, like, for example, biomedicine. Therefore, having an accurate control over the nanoparticle shape and size, while preserving the crystallinity, becomes crucial for many applications. However, despite the increasing interest in spinel oxide nanocubes there are relatively few studies on this morphology due to the difficulty to synthesize perfectly defined cubic nanostructures, especially below 20 nm. Here we present a rationally designed synthesis pathway based on the thermal decomposition of iron(III) acetylacetonate to obtain high quality nanocubes over a wide range of sizes. This pathway enables the synthesis of monodisperse Fe3O4 nanocubes with edge length in the 9-80 nm range, with excellent cubic morphology and high crystallinity by only minor adjustments in the synthesis parameters. The accurate size control provides evidence that even 1-2 nm size variations can be critical in determining the functional properties, for example, for improved nuclear magnetic resonance T2 contrast or enhanced magnetic hyperthermia. The rationale behind the changes introduced in the synthesis procedure (e.g., the use of three solvents or adding Na-oleate) is carefully discussed. The versatility of this synthesis route is demonstrated by expanding its capability to grow other spinel oxides such as Co-ferrites, Mn-ferrites, and Mn3O4 of different sizes. The simplicity and adaptability of this synthesis scheme may ease the development of complex oxide nanocubes for a wide variety of applications.
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