CN103498191A - 高纯度短棒状结晶FeWO4/FeS核壳纳米结构的制备方法 - Google Patents

高纯度短棒状结晶FeWO4/FeS核壳纳米结构的制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN103498191A
CN103498191A CN201310422694.3A CN201310422694A CN103498191A CN 103498191 A CN103498191 A CN 103498191A CN 201310422694 A CN201310422694 A CN 201310422694A CN 103498191 A CN103498191 A CN 103498191A
Authority
CN
China
Prior art keywords
powder
nano structure
core
fes
shell
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201310422694.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN103498191B (zh
Inventor
钱静雯
彭志坚
符秀丽
王成彪
付志强
岳�文
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
China University of Geosciences
China University of Geosciences Beijing
Original Assignee
China University of Geosciences Beijing
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by China University of Geosciences Beijing filed Critical China University of Geosciences Beijing
Priority to CN201310422694.3A priority Critical patent/CN103498191B/zh
Publication of CN103498191A publication Critical patent/CN103498191A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN103498191B publication Critical patent/CN103498191B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Compounds Of Iron (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)

Abstract

本发明涉及一种高纯度、短棒状结晶FeWO4/FeS核壳纳米结构的制备方法，属于材料制备技术领域。本发明采用真空管式炉，以氧化钨和硫粉为蒸发源，通过热蒸发的方法，在载气保护下，在镀有铁膜的基片上，制备得到短棒状的FeWO4/FeS核壳纳米结构，其内核为单晶FeWO4，外壳为单晶FeS。该方法具有合成生长条件严格可控、设备和工艺简单、产品收率高、成本低廉等优点。所获得纳米结构产物纯度高，其内核和外壳的直径分布都非常均匀，直径和长度可控。所合成的纳米结构在光导纤维，传感器和催化剂等方面有广泛的应用前景。

Description

高纯度短棒状结晶FeWO4/FeS核壳纳米结构的制备方法
技术领域
本发明涉及一种高纯度、短棒状结晶FeWO4／FeS核壳纳米结构的制备方法，属于材料制备技术领域。
背景技术
钨酸盐由于其优异的化学及物理性能，已经应用于各个领域，如光导纤维、湿度传感器和催化剂等。此外，钨酸铁作为一种p型半导体，还展现出了优异的磁学和光学性能。但是由于其纳米结构的制备困难，这方面的研究还十分有限。另一方面，真空下加热硫和铁就能得到的硫化铁也引起了人们的广泛关注，一般作为催化剂应用于石油、天然气等能源工业。
为了提高材料的性能、扩展材料的应用，结合了两种或两种以上材料的纳米异质结构由于能增强材料的性能或展现出单独组分材料不具有的性能而引起了人们的广泛关注，其中核壳结构是一种重要的异质结构，广泛应用于材料性能的组合。如热化学方法制备的碳包覆钨酸铁颗粒在800mA-1电流循环下展现出了优异的大电流放电能力和长期循环能力(ChenGong，Yu-Jun Bai，Jun Feng，Rui Tang，Yong-Xin Qi，Ning Lun and Run-Hua Fan.Enhancedelectrochemical performance of FeWO4by coating nitrogen-doped carbon.ACS applied materials&interfaces，2013，5，4209-4215)，而有关FeWO4／FeS核壳结构的纳米棒的还未见报道。
此外，目前核壳纳米结构一般采用化学法制备，相较于化学反应的复杂和难于控制，热蒸发等物理气相沉积具有成本低、制备过程简单、工艺参数可控性强和制备材料多为晶体等特点。本发明首次利用热蒸发技术制备了高纯度、短棒状结晶FeWO4／FeS核壳纳米结构。
发明内容
本发明的目的在于提出一种高纯度、短棒状的结晶FeWO4／FeS核壳纳米结构的制备方法；该方法采用氧化钨(WO3)和硫(S)作为蒸发源，通过热蒸发的方法，在载气作用下，在镀有铁膜的基片上，制备得到短棒状的FeWO4／FeS核壳纳米结构。该方法具有合成生长条件严格可控、设备和工艺简单、产品收率高、成本低廉等优点；所获得短棒状的FeWO4／FeS核壳纳米结构，结晶良好，内核为高度结晶的FeWO4，外壳为高度结晶的FeS，产物纯度高，纳米结构中的内核和外壳的直径分布都非常均匀，直径和长度可控。
本发明提出的短棒状FeWO4／FeS核壳纳米结构制备方法，其特征在于，所述方法通过热蒸发氧化钨和硫在镀有铁膜的基片上合成短棒状的FeWO4／FeS核壳纳米结构，包括以下步骤：
(1)在真空管式炉中，将分别装有WO3粉和S粉的氧化铝陶瓷坩埚、或者装有WO3和S混合粉的氧化铝陶瓷坩埚放置在炉中央的加热区域，在其气流下游距离装有WO3粉的坩埚20-30mm处温度较低的区域放置表面镀有Fe膜的基片。
(2)在加热前，先对整个系统抽真空，然后向系统中通入高纯惰性载气，并重复多次，以排除系统中的空气。然后以10-30℃／min速率升温到最高加热温度，并保温数小时。在加热过程中，保持载气流量为100-300标准立方厘米每分钟(sccm)、管式炉内真空度为-0.01到-0.1MPa，且整个加热过程在惰性载气保护下完成，最后自然降温到室温，即可在基片上得到高纯度、短棒状、高度结晶化的FeWO4／FeS核壳纳米结构。
在上述制备方法中，所述步骤(1)中的蒸发源为市售分析纯WO3粉末和硫粉。
在上述制备方法中，所述步骤(1)中，如果将装有WO3粉和S粉的氧化铝陶瓷坩埚分别放置在不同加热区域进行加热，则将装有WO3粉的氧化铝陶瓷坩埚放置在炉的中央温度最高的加热区域，在其气流上游或者下游距离装有WO3粉的坩埚10-18mm处加热温度较低的区域放置装有S粉的氧化铝陶瓷坩埚。
在上述制备方法中，所述步骤(1)中，如果将装有WO3和S混合粉的氧化铝陶瓷坩埚放置在炉中央的加热区域进行加热，则其中WO3粉和S粉的质量比控制在10：1到200：1之间。
在上述制备方法中，所述步骤(1)中表面镀有Fe膜的基片上Fe膜厚度为5-50nm。
在上述制备方法中，所述步骤(1)中表面镀有Fe膜的基片为硅片、砷化镓片、碳化硅单晶片之中的一种。
在上述制备方法中，所述步骤(2)中高纯惰性载气为氩气、氮气之中的一种。
在上述制备方法中，所述步骤(2)中的惰性载气为高纯气体，纯度在99.99vol.％以上。
在上述制备方法中，所述步骤(2)中的最高加热温度为800-990℃。
在上述制备方法中，所述步骤(2)中在最高加热温度下保温时间为1-5小时。
采用本技术制备短棒状FeWO4／FeS核壳纳米结构，具有设备和工艺简单、合成生长条件严格可控、产品收率高、成本低廉等特点，所获得的FeWO4／FeS核壳纳米结构内核和外壳结晶均良好，内核和外壳沿纳米结构生长方向直径均匀，产物长度可控、纯度高。
附图说明
图1是本发明实施例1所制得的短棒状FeWO4／FeS核壳纳米结构的扫描电镜照片
图2是本发明实施例1所制得的单根短棒状FeWO4／FeS核壳纳米结构的透射电镜照片
图3是本发明实施例1所制得的单根短棒状FeWO4／FeS核壳纳米结构的高分辨透射电镜照片
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的技术方案做进一步说明。
本发明提出一种高纯度、短棒状的结晶FeWO4／FeS核壳纳米结构的制备方法，其特征在于，所述方法通过热蒸发氧化钨和硫在镀有铁膜的基片上合成短棒状的FeWO4／FeS核壳纳米结构，并包括如下步骤和内容：
(1)所采用蒸发源为市售分析纯的WO3粉末和硫粉。
(2)预先用磁控溅射镀膜机或者电弧蒸镀的方法在干净的硅片、砷化镓片或碳化硅单晶片上沉积一层厚度为5-50nm厚的金属Fe薄膜。
(3)在真空管式炉中，将分别装有WO3粉和S粉的氧化铝陶瓷坩埚、或者装有WO3和S混合粉的氧化铝陶瓷坩埚放置在炉中央的加热区域，在其气流下游距离装有WO3粉的坩埚20-30mm处温度较低的区域放置表面镀有Fe膜的基片。
(4)在蒸发源放置过程中，如果将装有WO3粉和S粉的氧化铝陶瓷坩埚分别放置在不同加热区域进行加热，则将装有WO3粉的氧化铝陶瓷坩埚放置在炉的中央温度最高的加热区域，在其气流上游或者下游距离装有WO3粉的坩埚10-18mm处加热温度较低的区域放置装有S粉的氧化铝陶瓷坩埚。
(5)在蒸发源放置过程中，如果将装有WO3和S混合粉的氧化铝陶瓷坩埚放置在炉中央的加热区域进行加热，则其中WO3粉和S粉的质量比控制在10：1到200：1之间。
(6)在加热前，先对整个系统抽真空，然后向系统中通入高纯惰性载气，并重复多次，以排除系统中的空气。然后以10-30℃／min速率升温到最高加热温度，并保温数小时。在加热过程中，保持载气流量为100-300标准立方厘米每分钟(sccm)、管式炉内真空度为-0.01到-0.1MPa，且整个加热过程在惰性载气保护下完成，最后自然降温到室温，即可在基片上得到高纯度、短棒状、高度结晶化的FeWO4／FeS核壳纳米结构。
(7)实验所用惰性载气为高纯氩气或氮气，且整个实验加热过程在载气保护下完成。
(8)实验的最高加热温度为800-990℃，保温时间为1-5小时。
所得到的短棒状的结晶FeWO4／FeS核壳纳米结构外观上为浅绿色薄膜。
在扫描电子显微镜下，能观察到大量的纳米棒，而在透射电子显微镜下则可明显观察到FeWO4／FeS核壳结构。高分辨透射电镜分析表明，这种核壳结构的内核和外壳结晶良好，内核为单晶FeWO4、外壳为单晶FeS。
总之，用本技术能得到高纯度、短棒状的结晶FeWO4／FeS核壳纳米结构，其中内核为单晶FeWO4、外壳为单晶FeS。
实施例1：将装有0.5g分析纯WO3粉的氧化铝陶瓷坩埚放置在真空管式炉的中央加热区，在其气流下游距离装有WO3粉的坩埚14mm处放置装有0.01g分析纯S粉的氧化铝陶瓷坩埚，在其气流下游距离装有WO3粉的坩埚24mm处放置表面镀有5nm Fe膜的硅片。
在加热前，先对整个系统抽真空，然后向系统中通入高纯氩气，并重复2次，以排除系统中的空气。然后以30℃／min速率升温到950℃，保温2h。在加热过程中，保持载气流量为300标准立方厘米每分钟(sccm)、管式炉内真空度为-0.05MPa，最后自然降温到室温，即可在基片上得到短棒状的FeWO4／FeS核壳纳米结构。
所合成的纳米棒收率高，直径均匀(见图1)。显微镜下能明显观察到核壳结构，纳米棒外径100-200nm，内径为50-160nm(见图2)，长1-2μm(见图1)。内核为单晶的FeWO4，外壳为单晶FeS(见图3)。

Claims (2)

1.高纯度、短棒状结晶FeWO4／FeS核壳纳米结构的制备方法，其特征在于：所述短棒状核壳纳米结构内核为单晶FeWO4，外壳为单晶FeS；所述方法通过热蒸发WO3粉和S粉在镀有铁膜的基片上合成短棒状的FeWO4／FeS核壳纳米结构，包括以下步骤：
(1)在真空管式炉中，将分别装有WO3粉和S粉的氧化铝陶瓷坩埚、或者装有WO3和S混合粉的氧化铝陶瓷坩埚放置在炉中央的加热区域，在其气流下游距离装有WO3粉的坩埚20-30mm处温度较低的区域放置表面镀有Fe膜的基片；
(2)在加热前，先对整个系统抽真空，然后向系统中通入高纯惰性载气，并重复多次，以排除系统中的空气；然后以10-30℃／min速率升温最高加热温度，并保温数小时；在加热过程中，保持载气流量为100-300标准立方厘米每分钟、管式炉内真空度为-0.01到-0.1MPa，且整个加热过程在惰性载气保护下完成，最后自然降温到室温，即可在基片上得到高纯度、短棒状、高度结晶化的FeWO4／FeS核壳纳米结构。
2.按照权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中WO3粉和S粉的加热蒸发方法为分别蒸发或混合蒸发，其中分别蒸发时WO3粉放在炉中高温加热区而S粉放在炉中低温加热区，且二者相距10-18mm；而混合蒸发时，则需将WO3粉和S粉的质量比控制在10：1到200：1之间；所述步骤(1)中的基片为硅片、砷化镓片、碳化硅单晶片；所述步骤(1)中的基片上沉积了一层5-50nm厚的Fe膜；所述步骤(2)中最高加热温度为800-990℃，保温时间1-5小时；所述步骤(2)中载气流量为100-300标准立方厘米每分钟、管式炉内真空度为-0.01到-0.1MPa。
CN201310422694.3A 2013-09-16 2013-09-16 高纯度短棒状结晶FeWO4/FeS核壳纳米结构的制备方法 Expired - Fee Related CN103498191B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310422694.3A CN103498191B (zh) 2013-09-16 2013-09-16 高纯度短棒状结晶FeWO4/FeS核壳纳米结构的制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310422694.3A CN103498191B (zh) 2013-09-16 2013-09-16 高纯度短棒状结晶FeWO4/FeS核壳纳米结构的制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN103498191A true CN103498191A (zh) 2014-01-08
CN103498191B CN103498191B (zh) 2015-11-11

Family

ID=49863444

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201310422694.3A Expired - Fee Related CN103498191B (zh) 2013-09-16 2013-09-16 高纯度短棒状结晶FeWO4/FeS核壳纳米结构的制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN103498191B (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103741224A (zh) * 2014-01-17 2014-04-23 中国地质大学（北京） 高纯度高密度ws2层片状纳米结构的制备方法
CN104934584A (zh) * 2015-05-13 2015-09-23 陕西科技大学 一种多孔空心壳wo3/ws2纳米材料及其制备方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101353816A (zh) * 2008-07-08 2009-01-28 中山大学 一种氧化钨铅笔状纳米结构阵列的生长方法
CN101603200A (zh) * 2009-07-10 2009-12-16 中南大学 一种直径和长度可控的钨晶须阵列的制备方法
US20100112349A1 (en) * 2008-11-05 2010-05-06 National Taipei University Of Technology Nanomaterial With Core-Shell Structure

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101353816A (zh) * 2008-07-08 2009-01-28 中山大学 一种氧化钨铅笔状纳米结构阵列的生长方法
US20100112349A1 (en) * 2008-11-05 2010-05-06 National Taipei University Of Technology Nanomaterial With Core-Shell Structure
CN101603200A (zh) * 2009-07-10 2009-12-16 中南大学 一种直径和长度可控的钨晶须阵列的制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
YUNHO BAEK ET AL.: "Controlled Growth and Characterization of Tungsten Oxide Nanowires Using Thermal Evaporation of WO3 Powder", 《J.PHYS.CHEM.C》 *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103741224A (zh) * 2014-01-17 2014-04-23 中国地质大学（北京） 高纯度高密度ws2层片状纳米结构的制备方法
CN103741224B (zh) * 2014-01-17 2016-04-13 中国地质大学（北京） 高纯度高密度ws2层片状纳米结构的制备方法
CN104934584A (zh) * 2015-05-13 2015-09-23 陕西科技大学 一种多孔空心壳wo3/ws2纳米材料及其制备方法
CN104934584B (zh) * 2015-05-13 2017-04-05 陕西科技大学 一种多孔空心壳wo3/ws2纳米材料及其制备方法
US10183863B2 (en) 2015-05-13 2019-01-22 Shaanxi University Of Science & Technology Porous hollow shell WO3/WS2 nanomaterial and method of preparing same

Also Published As

Publication number Publication date
CN103498191B (zh) 2015-11-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104775154B (zh) 一种同质外延生长单晶金刚石时控制表面温度的方法
Zhu et al. Synthesis of vertically aligned ultra-long ZnO nanowires on heterogeneous substrates with catalyst at the root
CN109809372B (zh) 一种基于空间限域策略制备单层二硒化钨纳米带的方法
CN105819710B (zh) 一种石墨烯/玄武岩复合材料及其制备方法
CN103469155B (zh) 高纯度高密度wo3/s核壳结构纳米颗粒的制备方法
CN107287578B (zh) 一种大范围均匀双层二硫化钼薄膜的化学气相沉积制备方法
CN103952682A (zh) 化学气相沉积生长单层二硫化钼的方法
CN103741224B (zh) 高纯度高密度ws2层片状纳米结构的制备方法
US20030138561A1 (en) Thermal cracking chemical vapor deposition method for synthesizing nano-carbon material
CN102806354A (zh) 一种通过金膜退火制备金纳米颗粒的方法
CN110451465B (zh) 一种海胆状氮化硼纳米球-纳米管分级结构及其制备方法
CN103935996B (zh) 一种用co2直接合成石墨烯的方法
CN106335897B (zh) 一种大单晶双层石墨烯及其制备方法
CN106868469B (zh) 一种在硅基上无金属催化剂制备石墨烯的方法
CN107140681A (zh) β‑Ga2O3微米带的制备方法
CN101164893A (zh) 一种四针状纳米硫化锌的制备方法
CN104418380B (zh) 一种氧化锌纳米线阵列结构及其制备方法
Grynko et al. Growth of CdS nanowire crystals: Vapor–liquid–solid versus vapor–solid mechanisms
CN105543972B (zh) 高纯度高密度MoO2层片状纳米结构的制备方法
Geng et al. Large-scale synthesis of ZnO nanowires using a low-temperature chemical route and their photoluminescence properties
CN103498191A (zh) 高纯度短棒状结晶FeWO4/FeS核壳纳米结构的制备方法
CN103498190A (zh) 高纯度枝状结晶FeWO4/FeS核壳纳米结构的制备方法
CN107747130B (zh) 一种在铜膜修饰石墨烯基底上制备金属酞菁单晶薄膜的方法
CN109830413B (zh) GaN微米棒阵列/石墨烯场发射阴极复合材料制备方法
CN102951619B (zh) 一种碲化镉纳米线及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20151111

Termination date: 20160916

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee