四氧化三鐵 四氧化三鐵（英文名：Triiron tetraoxide），別名鐵黑、磁性氧化鐵，化學(xué)式Fe?O?，是 氧化鐵 （Fe?O?）和 氧化亞鐵 （FeO）的加成物，Fe?O?中的鐵離子1/3是Fe2?，2/3是Fe3?。四氧化三鐵常態(tài)為黑色立方系結晶或無(wú)定形粉末，其熔點(diǎn)為1594 ℃，此溫度下會(huì )分解，密度5.17 g/cm3，不溶于水和有機溶劑，有 強磁性 ，遮蓋力和著(zhù)色力強。天然磁鐵礦中的四氧化三鐵性質(zhì)穩定，有良好的 耐堿性 ，溶于 濃酸 、熱強酸。Fe?O?的制備方法有共沉淀法、 水熱溶劑法 、 微乳液法 等，在環(huán)境、生物醫學(xué)、能源和材料等多個(gè)領(lǐng)域均有應用。
發(fā)現歷史 天然磁石的主要成分是四氧化三鐵，公元前6-7世紀，中西方都各自發(fā)現了天然 磁石吸鐵 現象，中國人由此發(fā)明了司南、指南針 布拉格 （Bragg）稱(chēng)四氧化三鐵具有立方尖晶石結構，后來(lái) 韋爾維 （Verwey）和布爾（Boer）經(jīng)過(guò)分析，認為四氧化三鐵有反尖晶石結構。1948年，尼爾（Neel）推進(jìn)了 亞鐵磁性理論 。1984年，Yanase和Siratori通過(guò)能帶結構計算研究，發(fā)現具有立方尖晶石結構的四氧化三鐵是稀少的具有多數自旋方向帶隙的半金屬鐵磁體。2002年，Mortonx通過(guò)自旋極化光發(fā)射譜法測量了四氧化三鐵的自旋極化率為-40%，四氧化三鐵的電運輸特性被人們廣泛研究。
分布情況 自然界中四氧化三鐵主要存在于 磁鐵礦 中， 磁鐵礦在世界范圍內都有分布， 中國 、 俄羅斯 、 美國 、 澳大利亞 、 巴西 等國家均有豐富的磁鐵礦礦藏， 瑞典 的基魯納、智利的拉克鐵礦都是有名的磁鐵礦產(chǎn)地。
物質(zhì)結構 四氧化三鐵是Fe2?、Fe3?、O2?組成的反尖晶石結構離子晶體，晶體由O2?組成含四面體空隙和八面體空隙的骨架 ：
理化性質(zhì)
物理性質(zhì) 四氧化三鐵外觀(guān)為黑色立方系結晶或無(wú)定形粉末，其 熔點(diǎn) 為1594 ℃，此溫度下會(huì )分解，密度5.17 g/cm3，不溶于水和有機溶劑，有強磁性，遮蓋力和著(zhù)色力強。
化學(xué)性質(zhì) 四氧化三鐵不與堿反應，溶于濃酸、熱強酸，能夠被強還原劑還原或被強氧化劑氧化。
與酸反應 四氧化三鐵能與鹽酸、硫化氫發(fā)生以下反應：
氧化還原反應 四氧化三鐵能被氫氣、鋁、碳等單質(zhì)和一氧化碳還原成鐵或 氧化亞鐵 。 四氧化三鐵能被氧氣氧化成三氧化二鐵，被重鉻酸鉀的酸性溶液氧化成三價(jià)鐵鹽。
制備方法 四氧化三鐵的生產(chǎn)方法從工藝上可分為 濕法 和 干法 。
濕法
直接合成法 直接合成法也叫 加成法 ，做法是將三氧化二鐵與氫氧化亞鐵在一定的pH和溫度下直接進(jìn)行加成反應，而后經(jīng)脫水、干燥、粉碎得到四氧化三鐵。主要發(fā)生的化學(xué)反應如下：
氫氧化亞鐵氧化法 氫氧化亞鐵 氧化法的做法是在一定的pH和溫度下，將氫氧化鈉溶液和硫酸亞鐵溶液混合反應生成氫氧化亞鐵溶液。 氫氧化亞鐵不穩定，隨著(zhù)反應的進(jìn)行，在攪拌的作用下氧化亞鐵會(huì )被空氣氧化成 綠銹 ，反應接近終點(diǎn)時(shí)，投入適量氧化劑硝酸銨并鼓入空氣。
生成的鐵黑沉淀經(jīng)分離、干燥、粉碎即可獲得四氧化三鐵產(chǎn)品。
干法 干法制備四氧化三鐵的做法是將粉碎后的 三氧化二鐵 在嚴格控制的反應條件下還原成四氧化三鐵。
納米材料制備 四氧化三鐵納米粒子化學(xué)性質(zhì)穩定，具有良好的磁響應性、 耐候性 、生物相容性等。 可以通過(guò)共沉淀法、 溶膠-凝膠法 、 熱分解法 、溶劑熱法等方式生產(chǎn)。 共沉淀法：一般做法是在A(yíng)r或N?的保護下，使用 鐵鹽 [ ， 等]和亞鐵鹽（ 和 等）按比例配置成鹽溶液，加入堿性沉淀劑（如 ， 等），在一定的pH、溫度等條件下進(jìn)行共沉淀，可獲得性能優(yōu)良的 微粒。主要的反應原理為： 溶膠-凝膠法：做法是按比例將 溶液混合，調節溶液的pH后進(jìn)行蒸發(fā)得到凝膠。 熱分解法的做法是將 油鐵酸 、Fe(CO)?、Fe(ac 溶劑熱法：采用醇、 胺 、酮等作為溶劑，溶劑能夠溶解反應物為反應提供液相環(huán)境同時(shí)也充當還原劑將三價(jià)鐵還原成二價(jià)鐵；加入的礦化劑使的反應能夠進(jìn)行，并且通過(guò)調整礦化劑能夠改變四氧化三鐵粒子的大小；調整表面活性劑的種類(lèi)和濃度能夠影響四氧化三鐵粒子的形狀。
應用領(lǐng)域
環(huán)境領(lǐng)域 四氧化三鐵的磁性納米粒子比表面積極高，因此具有很好的吸附性能，在水處理，例如去除水中的重金屬離子等方面有巨大優(yōu)勢；有磁性，在磁場(chǎng)的作用下能夠從溶劑中快速分離并避免 二次污染 ；有易修飾功能團，能對目標物產(chǎn)生特異性親和吸附的效果。不過(guò)四氧化三鐵磁性 納米顆粒 也有其局限性，如裸露在空氣中的四氧化三鐵納米顆粒極易氧化，容易因磁性發(fā)生團聚導致吸附性能下降
生物醫學(xué)領(lǐng)域 四氧化三鐵有優(yōu)異的生物相容性、低毒性，在醫學(xué)領(lǐng)域可用于磁性靶向給藥、 生物標定 、 細胞標記 、 核磁造影 等。 比如在腫瘤治療中，四氧化三鐵納米粒子能夠增強腫瘤的核磁共振成像信號、用于熱磁治療、負載藥物將藥物輸送至指定位置等。
材料領(lǐng)域 四氧化三鐵具有特殊的光電磁效應，能夠用于制作新型電子材料和特殊功能性材料， 如制備磁性流體，磁性液體是含有眾多納米級的鐵磁性或亞鐵磁性微粒并且性質(zhì)穩定的膠體溶液，是既有液體的流動(dòng)力，又有固體的磁性的一種新型功能材料。這種磁性液體即便受到外界磁場(chǎng)、重力場(chǎng)等的作用也能長(cháng)期穩定存在，被廣泛應用于 印刷 、 真空密封包裝 、 傳感器 等領(lǐng)域中。 四氧化三鐵遮蓋力高、著(zhù)色力強、具有良好的耐堿性，可用于制作涂料、 油墨 、油彩等。
催化領(lǐng)域 四氧化三鐵粒子具有巨大的比表面積，能夠作為催化劑，例如催化有機合成反應、催化降解有機染料等，且因為其自身具有磁性，相較其他催化劑具有能夠快速分離回收的優(yōu)點(diǎn)；四氧化三鐵納米粒子還能充當催化劑的載體，方便催化劑的回收利用等，比如負載貴 金屬催化劑 、有機化合物催化劑。
能源領(lǐng)域 四氧化三鐵具有高理論電容、 導電率 高、價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)，與其他材料復合后能夠作為鋰離子電池、超級電容器的電極材料，提高電池的性能。四氧化三鐵還能夠作為儲氫材料，其反應機理為：
