Nano Res 

1

Synthesis of hexagonal- and triangular Fe3O4

nanosheets via seed-mediated solvothermal growth

Chunhui Li (), Ruixue Wei, Yanmin Xu, Ailing Sun and Liuhe Wei ()

Nano Res., Just Accepted Manuscript • DOI: 10.1007/s12274-014-0421-3

http://www.thenanoresearch.com on January 22, 2014

© Tsinghua University Press 2014

Just Accepted  

This  is a “Just Accepted” manuscript, which has been examined by  the peer‐review process and has been 

accepted  for  publication. A  “Just Accepted” manuscript  is  published  online  shortly  after  its  acceptance, 

which  is prior  to  technical  editing  and  formatting  and  author proofing. Tsinghua University Press  (TUP) 

provides “Just Accepted” as an optional and free service which allows authors to make their results available 

to  the  research  community  as  soon  as possible  after  acceptance. After  a manuscript has  been  technically 

edited  and  formatted,  it will  be  removed  from  the  “Just Accepted” Web  site  and published  as  an ASAP 

article.  Please  note  that  technical  editing  may  introduce  minor  changes  to  the  manuscript  text  and/or 

graphics which may affect the content, and all legal disclaimers that apply to the journal pertain. In no event 

shall TUP be held responsible for errors or consequences arising from the use of any information contained 

in these “Just Accepted” manuscripts. To cite this manuscript please use its Digital Object Identifier (DOI®), 

which is identical for all formats of publication. 

 

 

 

Nano Research  DOI 10.1007/s12274‐014‐0421‐3 

1

Synthesis of He xagonal- and Triangular Fe3O4

Nanosheets via Seed-Mediated Solvothermal

Growth

Chunhui Li*, Ruixue Wei, Yanmin Xu, Ailing Sun and

Liuhe Wei*

College of Chemistry and Molecular Engineering,

Zhengzhou Key Laboratory of Elastic Sealing Materials,

Zhengzhou University, Zhengzhou 450001, P R China.

Anisoprotic Fe3O4 nanosheets enclosed by {111} facets have

been prepared via a two-step microemulsion solvothermal

method. The presence and number of twin face are of crucial

important in the formation of hexagonal- and triangular

nanosheets. The material showed excellent catalytic activity in

the synthesis of quinoxaline in many solvents.

2

Synthesis of Hexagonal- and Triangular Fe3O4 Nanosheets via Seed-Mediated Solvothermal Growth

Chunhui Li (), Ruixue Wei, Yanmin Xu, Ailing Sun, Liuhe Wei () College of Chemistry and Molecular Engineering, ZhengZhou Key Laboratory of Elastic Sealing Materials, Zhengzhou University,

Zhengzhou, 450001 (P.R. China).

Received: day month year / Revised: day month year / Accepted: day month year (automatically inserted by the publisher)

©The Author(s) 2010. This article is published with open access at Springerlink.com

 

ABSTRACT   Hexagonal‐  and  triangular  monodisperse  Fe3O4  nanosheets  have  been  synthesized  via  a  two‐step 

microemulsion  solvothermal approach  in which uniform Fe3O4 nanoparticle are prepared  firstly and  then 

these hydrophobic nanocrystals are dispersed  in  identical microemulsion environment as seeds  for  further 

re‐growth  through  secondary  solvothermal  process.  The  growth  of  anisotropic  morphologies  has  been 

explained by  the presence and orientation of  twin plane  in  the  face‐centered cubic Fe3O4 which direct  the 

shape of the growing particles. Herein, reentrant grooves resulted from twin planes are favorable sites for the 

addition of adatoms, leading to anisotropic growth. Triangular nanosheets are believed to contain one twin 

face which directs the growth of the primary particles in two dimensions. Hexagonal nanosheets are believed 

to contain two parallel planes that allow the growth edges to regenerate one another. The growth mechanism 

is evidenced by the analysis of HRTEM results and the as‐prepared Fe3O4 nanoparticle has been proven an 

effective catalyst in the synthesis of quinoxaline. 

 

KEYWORDS   

Fe3O4 nanocrystal, solvothermal synthesis, anisotropic growth, twin plane.

1. Introduction 

Magnetic  nanoparticles  have  been  of  great 

interest  because  of  its  fascinating  features  and 

wide  range  of  extensive  applications  in 

high‐density  data  storage,  ferrofluids, medicine, 

and  as  catalyst  [1‐4].  The  size  and  shape  of 

magnetic  particles  determine  their  physical  and 

chemical  features,  which  may  function  as  a 

foundation  for  the  development  of  new  fields 

[5‐7].  As  a  conventional  magnetic  material, 

magnetite  (Fe3O4)  has  yielded  a  great  deal  of 

literature  featuring  numerous  techniques  and 

nanoparticle  morphologies.  The  exploration  of 

the novel routes for preparing Fe3O4 nanocrystals 

Nano Res (automatically inserted by the publisher) DOI (automatically inserted by the publisher) Research Article 

————————————

Address correspondence to Chunhui Li, E-mail: lch@zzu.edu.cn, weiliuhe@zzu.edu.cn

3

with desirable size and morphology has been of 

scientific and technological interest [8‐10].   

In  previous  studies,  solvothermal  strategy  has 

been widely utilized to synthesize many kinds of 

nanoparticles  with  uniform  size  and  shape, 

including monodisperse  Fe3O4  nanocrystals  size 

of about 20 nm and microspheres in the range of 

200‐800  nm  [11‐13].  In  most  cases,  the 

morphologies  of  these  kinetically  favorable 

particles  are  spherical  and  the  exposed  surfaces 

are  not  specific  crystal  plane  which  may  be 

crucial to their features such as catalytic property 

[14,  15].  Meanwhile,  controlling  the  shape  of 

nanoparticles  is also an equally important aspect 

of desirable catalyst synthesis  [15, 16]. However, 

the  challenge  to  synthetically and  systematically 

control both  the morphology and exposed plane 

of anisotropic Fe3O4 nanostructures with a simple 

method  still  remains  up  to  date  [17‐19].  The 

development  of  the  mechanistic  explanation  is 

expected  to  permit  more  elaborate  control  of 

nanocrystal  shape  such  that  high  yields  of 

shape‐specific  particles  can  be  obtained. 

Compared  with  other  transition  metal  oxides 

extensively,  Fe3O4  NP  has  attracted  more 

attention  due  to  its  property  and  application  in 

organic  synthesis  for  it  is  inexpensive,  relatively 

non‐toxic and environmental friendly. Additional, 

magnetic Fe3O4 NPs can be recovered easily after 

the reaction by simple magnetic separation [20].   

In  this  paper,  hexagonal‐  and  triangular 

monodisperse Fe3O4 nanosheets enclosed by {111} 

planes were  successfully  synthesized  through  a 

two‐step microemulsion solvothermal process. In 

the  first  step,  near‐spherical  monodisperse  7‐8 

nm  Fe3O4  nanoparticles  formed  through  a 

kinetics  process.  In  the  secondary  step,  the 

formation  of  anisotropic  Fe3O4  nanosheets  is  a 

thermodynamic  process  and  all  the  exposed 

surfaces  of  the  triangular  and  hexagonal 

nanosheets  are  {111}  planes,  which  have  the 

lowest surface energy for face‐centered cubic (fcc) 

Fe3O4. The mechanism  relied on  the presence of 

twin  planes  has  been  proposed  to  explain  the 

appearance of anisotropic fcc Fe3O4 nanoparticles 

which  can  be  supported  by  detailed  analysis  of 

high resolution transmission electron microscopy 

(HRTEM)  results.  The  catalytic  performance  of 

the as‐obtained materials was investigated  in the 

synthesis of quinoxaline.   

2. Experimental 

2.1. Synthesis of Fe3O4 NP “seeds”.  In a  typical 

synthesis, 1 g NaOH, 10 mL H2O, 6 mL ethanol, 

and 10 mL oleic acid (OA) were mixed together to 

form  an  even  solution. After  stirring  for half  an 

hour, an aqueous solution of 2 mmol FeSO4∙7H2O 

(560  mg  in  14  mL  de‐ionized  water)  was  then 

added.  After  further  stirring  for  15  min,  the 

solution  was  transferred  into  an  autoclave  and 

kept  at  180  oC  for  10  h.  The  system  was  then 

allowed  to  cool  to  room  temperature. The Fe3O4 

black  product  obtained  at  the  bottom  of  the 

autoclave which can be well‐dispersed in hexane 

was deposited by adding ethanol for next step. 

2.2. Synthesis of  triangular Fe3O4 nanosheets. 1 

g NaOH, 10 mL H2O, 6 mL  ethanol, and 10 mL 

oleic acid (OA) were mixed together followed by 

stirring for half an hour. The solution was mixed 

with  Fe3O4 NP  “seeds”  to  form  a  black  system 

and  then  0.6  mmol  FeSO4  in  14  mL  H2O  was 

added.  After  further  stirring  for  30  min,  the 

solution  was  transferred  into  an  autoclave  and 

kept at 180 oC for 10 h. 

2.3.  Synthesis  of  hexagonal  Fe3O4  nanosheets. 

The  synthetic  procedure  of  hexagonal  Fe3O4 

nanosheets was  similar  to  above  expect  that  the 

agitation  time  before  solvothermal  process  was 

shorten from 30 min. to 1 min. 

2.4 Characterizations.  The  crystal  structure  and 

phase purity were characterized by using a X’Pert 

PRO  X‐ray  diffractometer  (XRD)  with  Cu  Kα 

radiation (λ = 1.5406 Å) in the 2θ range 10o to 70o. 

The Fourier transform infrared (FT‐IR) spectra of 

4

the  sample  were  collected  on  a  PerkinElmer 

Spectrum  GX  from  4000  to  400  cm‐1. 

High‐resolution  transmission  electron 

microscopy (HRTEM) was performed using a FEI 

Tecnai G2 F20 S‐Twin microscope working at an 

acceleration voltage of 200 kV. XPS analyses were 

performed with a THERMO ESCALAB 250Xi. 

 

3. Results and Discussion 

3.1. Design  of  reaction  strategy.  As mentioned 

above, the experimental part of this work consists 

of  two  steps.  In  the  first  step, Fe3O4 NP  “seeds” 

range of 7‐8 nm has been prepared according  to 

traditional microemulsion  solvothermal  reaction 

in which oleic acid  (OA) was used as surfactant. 

Meanwhile,  OA  molecules  adsorbed  onto  the 

surface  of  the  as‐prepared  nanoparticles  and 

these  nanoparticles  became  hydrophobic.  Since 

the  amount of OA  is  relatively  less  than  that  of 

water  plus  alcohol,  the  homogeneous  solution 

should  be  a  positive  microemulsion  [21,  22]. 

When  Fe3O4  nanoparticles  “seeds”  were 

transferred into the above solution, the Fe3O4 NP 

was embedded  into the “oil core” owing to their 

hydrophobic characteristics. That  is  to say, Fe3O4 

nanoparticles “seeds” can be dispersed stably  in 

microemulsion  followed  by  secondary 

solvothermal  process.  Furthermore,  the  size  of 

“oil  core”  is comparable  to  the  size of Fe3O4 NP 

“seeds” which encouraged us to deduce that each 

“oil core” contain only one Fe3O4 NP as seeds for 

further growth (Figure 1). 

3.2.  Structure  and  formation  mechanism  of 

Fe3O4 nanosheets. The XRD patterns of Fe3O4 NP 

“seeds”,  triangular  and  hexagonal  nanoparticles 

are very similar and presented in Fig. 2. All peaks 

of  the nanostructures  can be well matched with 

the  peaks  of  pure  fcc  Fe3O4  (JCPDS  Card  No. 

76‐1849) with lattice constants a = 8.4 nm. 

The  FT‐IR  spectrum  of  the  7‐8  nm  Fe3O4  NP 

“seeds”  (Fig. S1  in  the Electronic Supplementary 

Material  (ESM))  and  all  the  peaks  give  direct 

support  to  the  existence  of  a  C17H31COO‐  unit 

coating outside the Fe3O4 NP “seeds” [23, 24]. 

 Figure 1 Formation mechanism of anistropic Fe3O4

nanosheets.

 

Figure 2 XRD patterns of the Fe3O4 nanoparticles.

The XPS  spectra  of C  1s, Fe  2p  core  level  give 

further  proofs  for  the  chemical  structure  of  the 

OA coated Fe3O4 nanoparticles in Figure 3. Two C 

1s peaks  located at 288.0 and 284.8 eV  for Fe3O4 

nanoparticles. Peak at 284.8 eV can be ascribed to 

the carbon atoms in the aliphatic chain (C‐C), and 

peak  at  288.0  eV  belonged  to  the  carboxylate 

(‐COO‐) moiety, which was  consistent with  the 

data obtained from carboxylateds in the literature 

previously  reported. C  1s peak  corresponded  to 

carboxylic carbon (‐COOH), which located at 290 

eV, did not appear in the spectrum, indicating the 

absence  of  free  acid  on  the  Fe3O4  nanoparticles. 

The  bonding  energy  at  710.6  eV  is  the 

characteristic  peak  from  Fe  2P3/2  core  level 

electrons. The  Fe  2p1/2 peaks  at  724.4  eV  can  be 

attributed  to  the  carboxylate‐Fe  bond  [25].  The 

XPS results accord with the FTIR data, indicating 

the  formation  of  chemical  bonds  between  the 

5

Fe3O4 nanoparticles and the oxygen atoms of the 

carboxylic acid. 

 

Figure 3 XPS spectra of (a) C 1s peaks, (b) Fe 2p peaks. 

As  shown  in  Figure  4,  Fe3O4 NP  “seeds”  have 

quasi‐spherical shape with diameter of 7‐8 nm. 

 

Figure 4 TEM images of Fe3O4 NP ”seeds”. 

Figure  5(a)  shows  the  TEM  image  of  regular 

triangular Fe3O4 nanosheets size of about 16 nm, 

which  is obviously bigger than 7‐8 nm Fe3O4 NP 

“seeds”  after  re‐growth  under  solvothermal 

condition.  Further  details  concerning  the 

structure  of  the  Fe3O4  triangular  nanosheets  are 

obtained  by  the high‐resolution TEM  (HRTEM). 

Figure  5(b)  shows  a  representative  HRTEM 

image  of  a  single  triangular  nanosheet  of  fcc 

Fe3O4,  and  the  top-right  inset  shows  the 

corresponding  Fast  Fourier  Transform  (FFT) 

image. As shown  in Fig. 5(b),  the  lattice spacing 

along  different  direction  of  0.3  nm  correspond 

well  to  the  crystal  plane  of  (220)  and  the  angle 

between two lattice directions is 60°. 

As is well known that the crystal plane 0)2(2 , )220( ,

)202( , )202( , )022( and )220( of fcc material

belong to the family of crystal planes {220}, six planes are all parallel to [111] direction and have 

same  lattice  spacing.  Moreover,  the  angles 

between the adjacent crystal planes should be 60o. 

Given all that the electron beam direction can be 

indexed  to  the  [111]  direction  of  the  fcc  Fe3O4 

nanoparticles and the exposed face is (111) plane, 

which is explicated in the lower‐right inset in Fig. 

5(b). 

 

Figure 5 (a) TEM image of triangular Fe3O4 nanosheets, (b)

HRTEM of single triangular nanosheet and FFT (top-right). 

TEM  image  of  hexagonal  Fe3O4  nanosheets  is 

shown  in Figure 6(a). It is clear to recognize that 

the shape of each nanoparticle is a hexagon with 

size of 12‐14 nm. HRTEM  image of a hexagonal 

Fe3O4  nanoparticle  is  given  in  Figure  6(b)  and 

top‐right  inset  shows  the  corresponding  Fast 

Fourier Transform  (FFT)  image which  is  similar 

to  those  of  regular  triangular  Fe3O4  nanosheets. 

Based on same reasons, the exposed crystal plane 

of hexagonal Fe3O4 nanosheets is also (111) plane, 

as shown in the lower‐right inset in Fig. 5(b). 

Solvothermal  and  hydrothermal  synthesis 

routes has been widely and effectively adopted to 

produce  monodisperse  nanostructures  many  of 

which are isotropic quasi‐spherical nanoparticles. 

In most  cases,  the  particles morphologies  have 

been  explained  by  the  particular  reaction 

environment  in  which  they  were  generated. 

Generally, the growth mechanisms often fall into 

two general categories. One uses  the presence of 

organic  molecules  in  the  reaction  system  to 

reduce  or  speed  up  the  addition  of  adatoms  to 

specific  crystal  faces.  The  second  viewpoint 

6

suggests  that  high  concentration  of  surfactant 

create micelles, which functioned as templates for 

crystal growth and as space‐confining structures 

that direct the particle shape physically [26]. 

 

Figure 6 (a) TEM image of hexagonal Fe3O4 nanosheets, (b)

HRTEM of hexagonal nanosheet and FFT (top-right). 

In  this  work,  both  physical‐constriction  and 

surface‐modification mechanisms  are difficult  to 

explain  the  observations  of  triangular  and 

hexagonal Fe3O4 nanoparticles  [5, 11]. So,  it may 

be necessary to propose a new mechanism for the 

growth  of  anisotropic  Fe3O4  nanoparticles.  It 

seems  that a strictly  thermodynamic explanation 

cannot  be  convincing,  but  that  the  kinetics  of 

growth,  considering  the  symmetrical 

characteristic of Fe3O4 species, plays a major role. 

As  already  known,  the  surface  energies  of  fcc 

follow  a  general  sequence  of  γ{111}  <  γ{100}  < 

γ{110}.  On  the  basis  of  the  surface  free  energy 

minimization  principle,  octahedral  structures 

enclosed by eight {111} planes or tetrahedron‐like 

structures enclosed by four {111} planes have the 

lowest surface energy  for  fcc crystal structure,  if 

only obeying thermodynamic factor [27‐30]. 

But  it  is  not  the  case  and  the  particle 

morphologies  reported  in  literatures  and  in  our 

synthesis methods  employed  closely  correspond 

to those observed  in the synthesis of fcc crystals, 

such  as  Ag,  Au  and  silver  halide.  Isotropic 

particles,  wires,  and  hexagonal  and  triangular 

sheets  have  been  produced  for  fcc  species.  The 

growth mechanism  of  anisotropic  sheets  can  be 

explained  by  the  formation  of  twin  planes  on 

[111]‐type faces (Figure 7). 

 

Figure 7 Fe3O4 models for a particle with single and two

parallel twin planes. 

The  twin  planes  form  easily  in  fcc  crystal 

structures  including  Fe3O4  species,  where  the 

stacking  fault energy  is  lower  than most metals, 

decreasing  the  energy  required  to  form  a  twin 

plane.  Due  to  the  sixfold  symmetry  of  the  fcc 

system,  these  twinned  crystals  form 

hexagonal‐shaped  nuclei.  At  the  six  surface 

where  the  twin  plane  terminates,  the  stacking 

fault of the twin plane cause {111} faces to form in 

alternating  concave  and  convex  orientations, 

designated  “I‐type”  and  “II‐type”,  respectively 

(Figure 8). 

 Figure 8 Alternating sides contain I-type and II-type faces. 

Similar to the structure reported in literature [27, 

30],  the  I  sides  are  bounded  on  each  side  by 

slow‐growing  II  sides  in  a  crystal with  a  single 

twin plane,  the  I‐sides quickly grow  themselves 

out  of  existence,  leaving  a  triangular  sheet  as 

expressed in Figure 9. 

 Figure 9 Formation of triangular and hexagonal Fe3O4

nanosheets. 

Figure  9  also  describes  the  formation  of 

hexagonal  Fe3O4  nanosheets  with  two  parallel 

twin  planes.  The  crystallographic  directions  of 

7

the  second  twin  plane  can  be  oriented  at  a  60o 

rotation relative to the first twin plane. This cause 

the  I‐sides  resulted  from  the  second plane  to be 

matched with  the  II‐sides of  the first  twin plane, 

and vice versa. That is to say, all six edges of the 

particle generated by the intersection of the twin 

planes with the surface would have fast‐growing 

I‐sides.  Each  growing  face  regenerates  the  two 

adjacent  faces,  preventing  them  from  growing 

themselves out and leading sustained growth. 

In this work, the detailed structure of side faces 

which  mentioned  as  “I‐type”  and  “II‐type” 

cannot  be  observed  because  of  the  sizes  of 

triangular  and  hexagonal  Fe3O4  nanosheets  are 

too tiny. The analysis of HRTEM of Fe3O4 triangle 

also supports the conclusion. It  is not difficult to 

discover  that  three crystal planes  (Fig. 10(b)) are 

all perpendicular  to  three sides of  the  triangular 

Fe3O4 NPs, respectively.   

 Figure 10 Crystal planes of triangular Fe3O4 nanosheet.

Herein,  we  chose  one  side  as  a  represent  to 

explain  this phenomenon  in detail, which  is  the 

same  with  the  other  two  sides.  As  described 

above, the main surface of Fe3O4 NPs and the side 

surface  belong  to  the  family  of  crystal  planes 

{110}, so we can name  the main surface (111) and

name the side surface )111( . On the basis of

crystallographic rule, the (111) and )111( faces are all

perpendicular to the 0)2(2 plane. So the intersection

line of face (111) and )111( is also perpendicular to the

0)2(2 plane in the light of geometrical principle.

Namely, the 0)2(2 plane is perpendicular to the side

of the Fe3O4 triangle which can be indexed as

]022[ direction  (Fig.  10(a)).  Likewise,  the 

crystallographic  planes  and  directions  of  the 

other  two  sides of  the  triangular Fe3O4 NP were 

labeled in Figure 10 (b). 

3.3.  Catalytic  performance.  In  order  to 

investigate  the  catalytic  activity  of  as‐prepared 

Fe3O4  NPs,  we  report  here  the  synthesis  of 

quinoxaline  from  o‐phenylenediamine  and 

1,2‐diphenylethanedione catalyzed by Fe3O4 NPs 

in  different  solvents  (Scheme  1)  (detailed 

synthetic  procedure  and  characterization  were 

given  in  the  Electronic  Supplementary Material 

(ESM)). Controlled experiments results show that 

the  catalytic  performance  of  three  samples  (7‐8 

nm  Fe3O4 NPs,  triangular  Fe3O4  and  hexagonal 

nanosheets)  are  indistinguishable.  The  can  be 

comprehended  easily  for  the  fact  that  the  sizes 

and  exposed  crystal  plane  of  the  three  samples 

are very similar which are critical to the catalytic 

activity of nanomaterials. 

 Scheme 1 Synthesis of quinoxalines catalyzed by Fe3O4

NPs.

As  shown  in  Table  1,  the  catalytic  activities  of 

as‐obtained Fe3O4 NPs have  little  relationship  to 

the solvent and 1.3 mol‐% of Fe3O4  is enough. In 

addition,  in  the  absence of  catalyst,  the  reaction 

was  slow  and  gave  unsatisfactory  yield  of 

quinoxaline. The above results show that catalytic 

performance  of  as‐prepared  Fe3O4  NPs  is 

comparatively  effective  for  the  synthesis  of 

quinoxaline, no matter which solvent is chosen. 

Table 1 Optimization of reaction conditions.

Catalyst

[mol-%]

Solvent Time [h] Yield

[%]

1 0 n-Hexane 4 9.2

2 1.3 n-Hexane 4 99.6

3 4 CHCl3 4.5 98.2

4 10 EtOH 2.5 99.3

5 10 n-Hexane 2.5 92.9

6 10 CHCl3 2.5 90.1

7 10 H2O 2.5 81.6

8

 4. Conclusions 

Anisotropic  triangular  and  hexagonal  Fe3O4 

nanosheets  have  been  synthesized  through 

two‐step  solvothermal  reactions.  Hydrophobic 

7‐8  nm  Fe3O4  NPs  formed  in  the  first 

solvothermal  reaction  can  be  dispersed  well  in 

positive microemulsion as “seeds”  to  re‐grow  to 

generate  bigger  anisotropic  NPs  during  the 

secondary  solvothermal  process.  Triangular  and 

hexagonal Fe3O4 nanosheets exposes {111} planes 

and  they  are  not  single  crystals  which  is  very 

common  for  monodisperse  NPs,  but  twinned 

crystals with  twin planes. Nuclei contains single 

twin  face  form  triangular Fe3O4 nanosheet while 

that  contains  two  twin  faces  form  hexagonal 

Fe3O4  nanosheet.  Detailed  research  concerning 

the relationship between the {220} planes and the 

sides  of  Fe3O4  triangle  supports  the  formation 

mechanism. The  as‐obtained  Fe3O4 NPs  showed 

excellent catalytic performance in the synthesis of 

quinoxaline whichever solvent was chosen. 

 Acknowledgements 

This  work  was  supported  by  the  National 

Natural Science Foundation of China (Grant Nos. 

20901069,  50873093  and  21271156)  and  Henan 

Province  Scientific  and  Technological  Research 

Program (092102210054). 

Eletronic  Supplementary  Material: 

Supplementary  material  (IR  spectrum  of 

OA‐coated  Fe3O4  nanoparticles;  synthesis  and 

NMR spectrum of quinoxaline) is available in the 

online  version  of  this  article  at 

http://dx.doi.org/10.1007/10.1007/s12274‐***‐****‐* 

(automatically  inserted  by  the  publisher)  and  is 

accessible free of charge..   

Open Access: This article  is distributed under  the 

terms  of  the  Creative  Commons  Attribution 

Noncommercial  License  which  permits  any 

noncommercial use, distribution, and reproduction 

in  any  medium,  provided  the  original  author(s) 

and source are credited. 

 References [1] Wu, B. H.; Zhang, H.; Chen, C.; Lin, S. C.; Zheng, N. F.

Interfacial activation of catalytically inert Au (6.7 nm) –

Fe3O4 dumbbell nanoparticles for CO oxidation. Nano Res.

2009, 2, 975-983.

[2] Parella, R.; Naveen; Babu, S. A. Magnetic nano- Fe3O4

and CuFe2O4 as heterogeneous catalysts: a green method for

the stereo- and regioselective reactions of epoxides with

indoles/pyrroles. Catal. Commun. 2012, 29, 118-121.

[3] Zhou, J.; Gan, N.; Li, T. H.; Zhou, H. K.; Li, X.; Cao, Y.

T.; Wang, L. H.; Sang, W. G.; Hu, F. T. Ultratrace detection

of C-reactive protein by a piezoelectric immunosensor based

on Fe3O4@SiO2 magnetic capture nanoprobes and

HRP-antibody co-immobilized gold as signal tags. Sens.

Actuators, B 2013, 178, 494-500.

[4] Shi, F.; Tse, M. K.; Zhou, S. L.; Pohl, M. M.; Radnik, J.;

Hubner, S.; Jahnisch, K.; Bruckner, A.; Beller, M. Green and

efficient synthesis of sulfonamides catalyzed by

nano-Ru/Fe3O4. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 1775-1779.

[5] Wang, D. S.; Xie, T.; Li, Y. D. Nanocrystals:

solution-based synthesis and applications as nanocatalysts.

Nano Res. 2009, 2, 30-46.

[6] Gawande, M. B.; Branco, P. S.; Varma, R. S.

Nano-magnetic (Fe3O4) as a support for recycled catalyst in

the development of sustainable methodologies. Chem. Soc.

Rev. 2013, 42, 3371-3393.

[7] Gao, F. P.; Cai, Y. Y.; Zhou, J.; Xie, X. X.; Ouyang, W.

W.; Zhang, Y. H.; Wang, X. F.; Zhang, X. D.; Wang, X. W.;

Zhao, L. Y.; Tang, J. T. Pulluan acetate coated magnetite

nanoparticles for hyper thermia: preparation,

characterization and in vitro experiments. Nano Res. 2010, 3,

23-31.

[8] Li, X. Y.; Si, Z. J.; Lei, Y. Q.; Tang, J. K.; Wang, S.; Su, S.

Q.; Song, S. Y.; Zhao, L. J.; Zhang, H. J. Direct

hydrothermal synthesis of single-crystalline triangular Fe3O4

nanoprisms. CrystEngComm 2010, 2060-2063.

[9] Tan, H.; Xue, J. M.; Shuter, B.; Li, X.; Wang, J.

Synthesis of PEOlated Fe3O4@SiO2 nanoparticles via

bioinspired silification for magnetic resonance imaging. Adv.

Funct. Mater. 2010, 20, 722-731.

[10] Meng, L. R.; Chen, M. M.; Chen, W. M.; Tan, Y. W.;

9

Zou, L.; Chen, C. P.; Zhou, H. P.; Peng, Q.; Li, Y. D. Fe3O4

octahedral colloidal crystals. Nano Res. 2011, 4, 370-375.

[11] Liang, X.; Wang, X.; Zhuang, J.; Chen, Y. T.; Wang, D.

S.; Li, Y. D. Synthesis of nearly monodisperse iron oxide and

oxyhydroxide nanocrystals. Adv. Funct. Mater. 2006, 16,

1805-1813.

[12] Deng, H.; Li, X. L.; Peng, Q.; Wang, X.; Chen, J. P.; Li,

Y. D. Angew. Chem. Int. Ed. 2005, 44, 2782-2785.

[13] Lin, F. H.; Chen, W.; Liao, Y. H.; Doong, R.; Li, Y. D.

Effective approach for the synthesis of monodisperse

magnetic nanocrystals and M-Fe3O4 (M = Ag, Au, Pt, Pd)

heterostructures. Nano Res. 2011, 4, 1223-1232.

[14] Zhou, K. B.; Wang, X.; Sun, X. M.; Peng, Q.; Li, Y. D.

Enhanced catalytic activity of ceria nanorods from

well-defined reactive crystal planes. J. Catal. 2005, 229,

206-212.

[15] Zhou, K. B.; Li, Y. D. Catalysis based on nanocrystals

with well-defined facets. Angew. Chem. Int. Ed. 2012, 51,

602-613.

[16] Jing, Y.; He, S. H.; Wang, J. P. Magnetic nanoparticles

of core-shell structure for recoverable photocatalysts. Appl.

Phys. Lett. 2013, 102, 253102.

[17] Lin, S. X.; Shen, C. M.; Lu, D. B.; Wang, C. M.; Gao, H.

J. Synthesis of Pt nanoparticles anchored on

grapheme-encapsulated Fe3O4 magnetic nanospheres and

their use as catalysts for methanol oxidation. Carbon 2013,

53, 112-119.

[18] Wang, D. S.; Zhao, P.; Li, Y. D. General preparation for

Pt-based alloy nanoporous nanoparticles as potential

nanocrystals. Sci. Rep. 2011, 1, 37-41.

[19] Shao, M. F.; Wei, M.; Evans, D. G.; Duan, X.

Hierarchical structure based on functionalized magnetic

cores and layered doubled-hydroxide shells: concept,

controlled synthesis, and applications. Chem. Eur. J. 2013,

19, 4100-4108.

[20] Xing, R. J.; Bhirde, A. A.; Wang, S. J.; Sun, X. L.; Liu,

G.; Hou, Y. L.; Chen, X. Y. Hollow iron oxide nanoparticles

as multidrug resistant drug and imaging vehicles. Nano Res.

2013, 6, 1-9.

[21] Ge, J. P.; Xu, S.; Liu, L. P.; Li, Y. D. A

positive-microemulsion method for preparing nearly uniform

Ag2Se nanoparticles at low temperature. Chem. Eur. J. 2006,

12, 3672-3677.

[22] Wang, X.; Zhuang, J.; Peng, Q,; Li, Y. D. A general

strategy for nanocrystal synthesis. Nature 2005, 437,

121-124.

[23] Zhang, J. T.; Tang, Y.; Weng, L.; Ouyang, M. Versatile

strategy for preciously tailored core@shell nanostructures

with single shell layer accuracy: the case of metallic shell.

Nano Lett. 2009, 9, 4061-4065.

[24] Li, C. H.; Peng, Q.; Li, Y. D. Controlled synthesis of

nearly monodispersed Mn2(PO4)Cl nanocrystals and

nanorods. Cryst. Growth Des. 2008, 8, 242-246.

[25] Liu, R. Z.; Zhao, Y. Z.; Huang, R. X.; Zhao, Y. J.; Zhou,

H. P. Shape evolution and tunable properties of

monodisperse magnetite crystals synthesized by a facile

surfactant-free hydrothermal method. Eur. J. Inorg. Chem.

2010, 4499-4505.

[26] Liu, J. F.; Wang, L. L.; Sun, X. M.; Zhu, X. Q. Cerium

vanadate nanorod arrays from ionic-mediated self-assembly.

Angew. Chem. Int. Ed. 2010, 49, 3492-3495.

[27] Berriman, R. W.; Herz, R. H. Twinning and the tabular

growth of silver bromide crystals. Nature 1957, 180,

293-294.

[28] Hamilton, D. R.; Seidensticker, R. G. Propagation

mechanism of germanium dendrites. J. Appl. Phys. 1960, 31,

1165-1171.

[29] Hamilton, J. F.; Brady, L. E. Twinning and growth of

silver bromide microcrystals. J. Appl. Phys. 1964, 35,

414-422.

[30] Lofton, C.; Sigmund, W. Mechanisms controlling

crystal habits of gold and silver colloids. Adv. Funct. Mater.

2005, 15, 1197-1208.

10

Electronic Supplementary Material

Synthesis of Hexagonal- and Triangular Fe3O4 Nanosheets via Seed-Mediated Solvothermal Growth

Chunhui Li (), Ruixue Wei, Yanmin Xu, Ailing Sun, Liuhe Wei () College of Chemistry and Molecular Engineering, ZhengZhou Key Laboratory of Elastic Sealing Materials, Zhengzhou University,

Zhengzhou, 450001 (P.R. China). Supporting information to DOI 10.1007/s12274-****-****-* (automatically inserted by the publisher)  

 

 

IR spectrum of OA‐coated Fe3O4 nanoparticles 

Fig.  S‐1  IR  spectrum  of  the  Fe3O4  nanoparticle  powder.Two  strong  peaks  around  2921cm‐1  and  2850cm‐1  can  be 

attributed to the asymmetry and symmetry stretching vibration of C‐H bond. Two strong peaks at 1632cm‐1 and 1462cm‐1 

were caused by the asymmetry and symmetry stretching vibration of –COO‐ group, which are two characteristic peaks 

to identify carboxylic salt in the IR database.

General Procedure for the Synthesis of quinoxaline 

1 mmol  o‐phenylenediamine,  1 mmol  1,2‐diphenylethanedione,  certain  amount  of  Fe3O4  NPs  and  5 mL  solvent 

was  stirred  at  room  temperature  for  a  given  time.  After  completion  of  the  reaction  (monitored  by  TLC),  a  conv

entional  permanent magnet was  applied  to  the  bottom  of  the  reaction  flask  to  separate  Fe3O4  NPs  from  the  sol

ution.  Purification was  performed  by  short  column  chromatography  on  silica  gel  eluting with  petroleum/ethyl  ac

etate  (10:1  v/v)  to  obtain  pure  quinoxaline  as  a  light  yellow  solid.   

δH  7.300‐7.394  (m,  6H),  7.506‐7.538  (m,  4H),  7.746‐7.798  (m,  2H),  8.156‐8.209  (m,  2H).   

————————————

Address correspondence to Chunhui Li, E-mail: lch@zzu.edu.cn, weiliuhe@zzu.edu.cn

11

δC  128.249,  128.777,  129.185,  129.811,  129.935,  139.048,  141.205,  153.449.