微流控剪切催化空位工程实现快速合成高结晶度磁铁矿及其在氧化物纳米材料制备中的普适性研究

本研究针对磁铁矿合成中相变动力学缓慢的问题，由研究人员通过微流控剪切催化策略，在30分钟内实现了高结晶度磁铁矿的快速连续合成，饱和磁化强度达59.5 emu g?1，显著优于传统反应器的48.4 emu g?1。该技术通过剪切应力诱导空位生成，降低Fe2+扩散能垒，并成功拓展至SiO2、MnO2及ZnO等纳米材料制备，为功能性氧化物材料的高效合成提供了新范式。

　　

通过微流控通道中的剪切催化策略，研究人员实现了高结晶度磁铁矿（Fe₃O₄）的快速合成。传统间歇反应器需100小时才能获得68.6 wt.%的磁铁矿，而该技术仅需30分钟，效率提升292倍。所得磁铁矿饱和磁化强度高达59.5 emu g^?1（对比间歇反应器的48.4 emu g^?1）。机理研究表明，剪切应力可在针铁矿（goethite）成核过程中诱导铁空位（Fe vacancies），不仅增加Fe²⁺吸附活性位点，还显著降低Fe²⁺扩散能垒，从而加速针铁矿向磁铁矿的相变过程。该策略具有普适性，可扩展至二氧化硅（SiO₂）、二氧化锰（MnO₂）和氧化锌（ZnO）等纳米材料的快速合成。