四氧化三铁

在厌氧条件下，氢氧化亚铁（Fe(OH)2）可被水氧化形成四氧化三铁（magnetite）和氢气分子。这一过程由希科尔反应（Schikorr reaction）描述:

结晶良好的四氧化三铁(Fe3O4)在热力学上比氢氧化亚铁（Fe(OH)2）更稳定。[1]

在实验室采用马萨特法（ Massart method），通过在氢氧化钠中混合氯化亚铁(II)和氯化铁(III)所制备的四氧化三铁可作为铁磁流体。[2] 也可在约2000 转/分钟的机械搅拌速度下，0.1 M的FeCl3·6H2O 和FeCl2·4H2O的混合溶液中加入氨，通过化学共沉淀可以制备四氧化三铁。 FeCl3和FeCl2 的摩尔比为2∶1；该溶液加热至70℃时，立即将搅拌速度提高到7500转/分钟并迅速加入NH4OH 溶液(10%体积)，立刻出现由四氧化三铁纳米颗粒组成的深色沉淀。[3] 在这两种情况下，当pH升高(大约高于10)时铁离子发生水解，迅速由酸性水合铁离子转化为尖晶石氧化铁结构形成沉淀。

由于尖晶石结构四氧化三铁形成前的相变过程中涉及极具挑战性的复杂化学反应，因此投入了大量精力来控制四氧化三铁纳米颗粒的形成过程。[4] 四氧化三铁颗粒在生物科学应用中很受关注，例如磁共振成像（MRI），因为四氧化三铁纳米颗粒是目前使用的钆基造影剂的无毒替代品。然而，由于缺乏对颗粒形成中涉及的特定转变的控制，四氧化三铁还无法制备出真正的超顺磁性颗粒，即四氧化三铁纳米颗粒在没有外部磁场的情况下会完全失去其永磁特性(根据定义，其矫顽力为0 A/m)。目前已报道的纳米四氧化三铁颗粒最小值为Hc = 8.5A m -1,[5] 而已报道的合成的四氧化三铁最大磁化值为87 Am2 kg -1。[6][7]

颜料用Fe3O4，即合成氧化铁黑，可以通过使用工业废料、废铁或含铁盐溶液(例如在工业过程中作为副产品的物质，如钢的酸蚀处理(酸洗)废液)来制备:

用氢还原Fe2O3:[8][9]

用一氧化碳还原Fe2O:[10]

可以通过化学方法制备四氧化三铁纳米颗粒，例如将FeII和FeIII盐的混合物与碱混合，发生沉淀反应生成胶体Fe3O4。反应条件对反应过程至关重要并决定颗粒的粒径。[11]