CN102502834A - 一种表面活性剂导向生长的钼酸铋超细纳米棒的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种表面活性剂导向生长的钼酸铋超细纳米棒的制备方法，制备过程中以硝酸铋和钼酸铵为原料，溶剂选用蒸馏水，十六烷基三甲基溴化铵表面活性剂为结构导向剂，在微波辐射作用下可控制备钼酸铋功能纳米材料。钼酸铋超细纳米棒的径为80～100纳米、长度为400～600纳米；纳米棒的表面光滑、尺寸均一。在微波辐射加热体系中，硝酸铋和钼酸铵溶液的物料性质、表面活性剂的类型对产物的形貌控制起着重要影响；该工艺具有节能环保、产率高、工艺条件可控性强等显著优点。采用本发明技术制备的钼酸铋超细纳米棒材料形貌规整、尺寸均一，其可为将来光催化、发光功能器件等领域提供必要的技术基础。

Description

一种表面活性剂导向生长的钼酸铋超细纳米棒的制备方法

技术领域

本发明专利涉及无机功能纳米材料的可控制备领域，特别是一种表面活性剂导向生长的钼酸铋超细纳米棒的制备方法。

技术背景

结构导向剂以吸附或配位的方式与材料前期生成的晶核表面相作用，而达到控制纳米材料微观结构的目的，这种技术在纳米材料设计合成领域发挥中重要的积极效应。作为表面活性剂的典型代表，十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)在化学合成过程中可与晶核的表面形成良好的化学吸附，进而导向材料生长成纳米形貌。

金属钼酸盐因晶体结构特点，其可与不同表面活性剂吸附或金属离子配位而构成独特的化学合成中间体，而表现出多种化学特性，因此为从微观上对材料进行相貌调控提供了重要途径。近年来，金属钼酸盐发展迅速，特别是过渡金属钼酸盐材料在光催化领域的应用研究逐步成为各国专家学者的研究重点。值得关注的是，钼酸铋纳米材料作为这类物质中的代表，不仅具备了本体材料的晶体特征，还可展现纳米催化技术的性能优势，这种材料结构优化为催化综合性能提升奠定了一定的理论基础和实践经验。

就可控合成而言，钼酸盐纳米材料取得了系列科研成果(C.C.Yu，C.X.Li，etal，Crystal Growth&Design.2009，9，783；L.W.Qian，J.Zhu，et al，Chem.Eur.J.2009，15，1233；J.F.Liu，Y.D.Li，J.Mater.Chem.2007，1 7，1797；Y.P.Fang，A.W.Xu，et al，Adv.Funct.Mater.2003，73.955；A.W.Xu，Y.P.Fang，et al.J.Am.Chem.Soc.2003，125，1494；M.Saux，J.Galy，C.R.Acad.Sci.1973，276，C81.)。但在过渡金属钼酸盐中，关于钼酸铋材料设计合成的文献相对较少，而涉及一种表面活性剂导向生长的钼酸铋一维纳米材料的文献就更少，因此开发一维纳米材料的可控生长具有重要性和必要性。基于以上考虑，本发明专利通过采用微波辐射法在非高压化学体系下便可对钼酸铋材料的微观结构有效控制，所得产物直径和长度均匀、工艺条件适合低成本规模制备，此技术为推进这种功能材料在更广阔领域的应用奠定了良好的基石。

发明内容

本专利提供了一种表面活性剂导向生长的钼酸铋超细纳米棒的制备方法，其应用微波辐射法并引入十六烷基三甲基溴化铵表面活性剂，从而导向材料定向生长。该技术路线具有加热效率高、反应能耗小、产率高、适合开发低成本批量合成等显著优点。

本发明的技术方案

本专利提供了一种表面活性剂导向生长的钼酸铋超细纳米棒的制备方法，制备过程中以硝酸铋和钼酸铵为原料，溶剂选用蒸馏水，十六烷基三甲基溴化铵表面活性剂为结构导向剂，在微波辐射作用下可控制备钼酸铋功能纳米材料，具体步骤如下：

第一.在室温下，将Bi(NO₃)₃·5H₂O硝酸铋固体和表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵的混合物分散在蒸馏水中，充分搅拌20分钟，配制一定浓度的硝酸铋溶液a；

第二.精确称量(NH₄)₆Mo₇O₂₄·4H₂O钼酸铵固体，加入蒸馏水并搅拌均匀，直至钼酸铵完全溶解，便得到特定摩尔浓度的澄清透明溶液，然后将得到的溶液逐滴加到硝酸铋溶液a中，充分搅拌8分钟，得到前驱体b；

第三.将前驱体b转移到圆底烧瓶中，在常压微波辐射反应器中反应30分钟，便得到直径均一的钼酸铋纳米棒材料；经X射线衍射分析表明其组成为Bi₂Mo₃O₁₂。

所述硝酸铋与表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵的摩尔比为10∶1，该表面活性剂在微波反应体系发挥了重要作用，最终达到导向纳米材料定向生长的目的。

所述一定浓度的硝酸铋溶液的摩尔浓度为0.2摩尔/升，特定摩尔浓度的钼酸铵澄清透明溶液的摩尔浓度为0.0285摩尔/升。

所述钼酸铋超细纳米棒的径为80～100纳米、长度为400～600纳米；纳米棒的表面光滑、尺寸均一。

本发明的优点及效果

本发明采用微波辐射法可控合成钼酸铋超细纳米棒，其优点及有益效果体现在材料的成核过程中，十六烷基三甲基溴化铵可与钼酸铋晶核表面形成化学特定化学吸附，从而便于导向材料沿着一维方向生长，最终形成直径均匀的一维纳米材料。引入微波辐射加热方式后，硝酸铋和钼酸铵溶液的物料性质、表面活性剂的类型对产物的形貌控制起着重要影响；该工艺具有节能环保、产率高、工艺条件可控性强等显著优点；更值得关注的是，制备的钼酸铋超细纳米棒材料形貌规整、尺寸均一，其可为将来光催化、发光功能器件等领域提供必要的实践经验。

附图说明

图1为钼酸铋超细纳米棒低倍扫描电子显微镜(SEM)图

图2为钼酸铋超细纳米棒高倍SEM图

具体实施方式

在室温下，配置Bi(NO₃)₃硝酸铋溶液的摩尔浓度为0.2mol/L，再向溶液中加入CTAB使其在溶液中的摩尔浓度为0.02mol/L，充分搅拌10分钟；称量(NH₄)₆Mo₇O₂₄·4H₂O钼酸铵固体，加入蒸馏水并搅拌均匀，直至钼酸铵完全溶解，得均一澄清溶液，然后逐滴滴加到硝酸铋溶液中，充分搅拌8分钟；将上述反应前驱体倒入到玻璃圆底烧瓶中，并置于常压微波辐射反应器中反应30分钟，反应结束后所制备出的产物即为纯相的钼酸铋超细纳米棒，经X射线衍射分析表明其组成为Bi₂Mo₃O₁₂。产物经扫描电子显微镜(SEM)检测表明(图1)其主体形貌为直径均一的超细纳米棒，多个纳米棒按空间立体结构叠加在一起形成整齐的纳米棒的聚集体，表明材料在同一反应阶段可由多个晶核同时生成多根一维纳米材料；仔细观察(图2)可知：超细纳米棒尺寸均匀，直径为80～100纳米、长度为400～600纳米；纳米棒的表面光滑，在一定程度上反映此种材料的优势生长性良好。

Claims (4)

1.本专利提供了一种表面活性剂导向生长的钼酸铋超细纳米棒的制备方法，制备过程中以硝酸铋和钼酸铵为原料，溶剂选用蒸馏水，十六烷基三甲基溴化铵表面活性剂为结构导向剂，在微波辐射作用下可控制备钼酸铋功能纳米材料，具体步骤如下：

第一.在室温下，将Bi(NO₃)₃·5H₂O硝酸铋固体和表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵的混合物分散在蒸馏水中，充分搅拌20分钟，配制一定浓度的硝酸铋溶液a；

第二.精确称量(NH₄)₆Mo₇O₂₄·4H₂O钼酸铵固体，加入蒸馏水并搅拌均匀，直至钼酸铵完全溶解，便得到特定摩尔浓度的澄清透明溶液，然后将得到的溶液逐滴加到硝酸铋溶液a中，充分搅拌8分钟，得到前驱体b；

第三.将前驱体b转移到圆底烧瓶中，在常压微波辐射反应器中反应30分钟，便得到直径均一的钼酸铋纳米棒材料；经X射线衍射分析表明其组成为Bi₂Mo₃O₁₂。

2.权利要求1中的一种表面活性剂导向生长的钼酸铋超细纳米棒的制备方法，其特征在于：所硝酸铋与表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵的摩尔比为10∶1，该表面活性剂在微波反应体系发挥了重要作用，最终达到导向纳米材料定向生长的目的。

3.权利要求1中所述一定浓度的硝酸铋溶液的摩尔浓度为0.2摩尔/升，特定摩尔浓度的钼酸铵澄清透明溶液的摩尔浓度为0.0285摩尔/升。

4.权利要求1中所述一种表面活性剂导向生长的钼酸铋超细纳米棒的制备方法，其特征在于：所述钼酸铋超细纳米棒的径为80～100纳米、长度为400～600纳米；纳米棒的表面光滑、尺寸均一。

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