CN104831330A - 一种一维自组装有序的纳米材料MoO3纳米孔的电化学制备方法 - Google Patents

一种一维自组装有序的纳米材料MoO3纳米孔的电化学制备方法 Download PDF

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靳博文
徐慧芳
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Abstract

一种一维自组装有序的纳米材料MoO3纳米孔的电化学制备方法，涉及一种一维MoO3纳米材料的制备方法。是要解决现有技术制备的一维有序自组装的纳米材料MoO3合成时间长、合成温度高，操作步骤复杂的问题。方法：一、依次采用丙酮、无水乙醇和去离子水为清洗剂对Mo片进行超声清洗，干燥得到清洗后Mo片；二、将NH4F加入水中，搅拌均匀，再加入丙三醇，搅拌均匀，得电解液；三、以清洗后的Mo片作为阳极，Pt片作为阴极，加入电解液，在阴极和阳极两端加电压；四、把氧化后的Mo片浸泡到无水乙醇中，干燥，取出得到无定型的MoO3。本发明在常温下就可得到一维自组装有序的MoO3纳米孔，合成时间短。用于新材料技术领域。

Description

一种一维自组装有序的纳米材料MoO3纳米孔的电化学制备方法
技术领域
本发明涉及一种一维MoO3纳米材料的制备方法。
背景技术
纳米材料的引入使材料的功能和器件性能得到突破性的提高。近几年，一维纳米材料以其独特的结构特性在电子传输，电荷分离等方面展现优势。广泛应用于新兴的纳米电子领域。目前为止，有多种不同结构的一维纳米材料如纳米棒、纳米线、纳米带、纳米孔、纳米管等均可通过物理及化学方法合成。MoO3是一种重要的绿色无机半导体材料，具有较高的化学稳定性、热稳定性以及优良的光学、力学、电学性能，同时具备光致变色和电致变色的特性。在目前已报道的文献中，MoO3一维纳米结构可以通过模板法、水热法、气相沉积法制备的，但所用原料种类多，合成步骤复杂，合成时间长，都未能达到理想的效果。因此开发一种简单易行，成本低廉的制备一维MoO3的方法具有重要意义。
发明内容
本发明是要解决现有技术制备的一维有序自组装的纳米材料MoO3合成时间长、合成温度高，操作步骤复杂的问题，提供一种一维自组装有序的纳米材料MoO3纳米孔的电化学制备方法。
本发明一维自组装有序的纳米材料MoO3纳米孔的电化学制备方法，按照以下步骤进行：
一、清洗：依次采用丙酮、无水乙醇和去离子水为清洗剂对Mo片进行超声清洗，清洗后放在空气中干燥，得到清洗后Mo片；
二、配制电解液：首先将NH4F加入到去离子水中，利用磁力搅拌器搅拌均匀，然后再加入丙三醇，继续搅拌均匀，得电解液；
三、阳极氧化处理：以清洗后的Mo片作为阳极，Pt片作为阴极，加入步骤二制备的电解液，使电极浸没到电解液中，在阴极和阳极两端加20～50V的直流电压，持续1小时；
四、清洗干燥：把氧化后的Mo片浸泡到无水乙醇中30分钟，然后置于真空干燥箱中干燥，干燥温度为60℃，干燥后取出得到无定型的MoO3。
本发明的有益效果：
本发明制备的MoO3纳米孔，管径80～120nm，为一维有序结构。本发明方法可显著降低制备一维MoO3纳米材料工艺的复杂程度，在常温下就可得到一维自组装有序的MoO3纳米孔，且合成时间明显缩短，只需要1.5小时，本发明方法操作步骤可通过电化学阳极氧化法一步制得MoO3，本发明方法可得到具有有序结构MoO3纳米孔相比较与纳米片、纳米棒、纳米线有更大的表面积，反应的活性位点增多，有利于提高光电响应。
附图说明
图1为实施例1中纳米材料MoO3放大70000倍的扫描电子显微镜照片；图2为实施例1中纳米材料MoO3放大50000倍的扫描电子显微镜照片；图3为实施例1中产物能谱测试(EDS)图谱；图4为实施例1中产物X射线衍射(XRD)花样；图5为实施例1中结合能在0～1200eV范围的产物XPS图谱；图6为实施例1中结合能在220-240eV范围的产物XPS图谱。
具体实施方式
本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。
具体实施方式一：本实施方式一维自组装有序的纳米材料MoO3纳米孔的电化学制备方法，按照以下步骤进行：
一、清洗：依次采用丙酮、无水乙醇和去离子水为清洗剂对Mo片进行超声清洗，清洗后放在空气中干燥，得到清洗后Mo片；
二、配制电解液：首先将NH4F加入到去离子水中，利用磁力搅拌器搅拌均匀，然后再加入丙三醇，继续搅拌均匀，得电解液；
三、阳极氧化处理：以清洗后的Mo片作为阳极，Pt片作为阴极，加入步骤二制备的电解液，使电极浸没到电解液中，在阴极和阳极两端加20～50V的直流电压，持续1小时；
四、清洗干燥：把氧化后的Mo片浸泡到无水乙醇中30分钟，然后置于真空干燥箱中干燥，干燥温度为60℃，干燥后取出得到无定型的MoO3。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤一中的Mo片为99.5％的高纯Mo片。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：步骤一中所述的超声清洗具体操作如下：首先以丙酮为清洗剂，在超声频率为100kHz下清洗5～10分钟；然后以乙醇为清洗剂，在超声频率为100kHz下清洗5～10分钟，最后以去离子水为清洗剂，在超声频率为100kHz下清洗5～10分钟，即完成超声清洗。其它与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：步骤二中丙三醇与去离子水的体积比为4～19:1。其它与具体实施方式一至三之一相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：步骤二中丙三醇与去离子水的体积比为6～17:1。其它与具体实施方式一至三之一相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：步骤二中丙三醇与去离子水的体积比为8～15:1。其它与具体实施方式一至三之一相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：步骤二中丙三醇与去离子水的体积比为9:1。其它与具体实施方式一至三之一相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是：步骤二电解液中NH4F的浓度为0.2～0.5mol/L。其它与具体实施方式一至七之一相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是：步骤二电解液中NH4F的浓度为0.3～0.4mol/L。其它与具体实施方式一至七之一相同。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一至九之一不同的是：步骤三中阳极和阴极的间距为1cm～1.5cm。其它与具体实施方式一至九之一相同。
实施例1：
本实施例一维自组装有序的纳米材料MoO3纳米孔的电化学制备方法，按照以下步骤进行：
一、清洗：依次采用丙酮、乙醇和去离子水为清洗剂对Mo片进行超声清洗，除去表面油污和杂质，清洗后放在空气中干燥，得到清洗后Mo片；
二、配制电解液：首先将1.3g NH4F加入到10mL去离子水中，利用磁力搅拌器搅拌均匀，然后再加入90mL丙三醇，继续搅拌4小时，使丙三醇与去离子水混合均匀，得电解液；
三、阳极氧化处理：以清洗后的Mo片作为阳极，Pt片作为阴极，使两电极间距为1cm，加入15mL步骤二制备的电解液，在阴极和阳极两端加40V的直流电压，持续1小时；
四、清洗干燥：把氧化后的Mo片浸泡到无水乙醇中30分钟，然后置于真空干燥箱中干燥，干燥温度为60℃，干燥后取出得到无定型的MoO3。
步骤一中的Mo片为99.5％的高纯Mo片。
步骤一中所述的超声清洗具体操作如下：首先以丙酮为清洗剂，在超声频率为100kHz下清洗10分钟；然后以乙醇为清洗剂，在超声频率为100kHz下清洗10分钟，最后以去离子水为清洗剂，在超声频率为100kHz下清洗10分钟，即完成超声清洗。
步骤三中清洗后的Mo片尺寸为：长1.5cm、宽1.5cm、厚0.1mm。Pt片的面积为1cm×1cm。
对本实施例制备的纳米材料MoO3进行测试与表征：
(1)SEM测试：
对本实施例制备的纳米材料MoO3进行SEM测试。放大70000倍的扫描电子显微镜照片如图1，由图1可得出在经阳极氧化后在Mo表面形成均匀有序MoO3纳米孔，孔的内径大约为80～120nm。50000倍下的扫描电子显微镜照片如图2，由截面图得出MoO3纳米孔的长度约为1μm。
(2)EDS测试：结果如图3所示。
将EDS测试结果整理得到表1产物的元素组成，表1中的结果表明样品由Mo，F，O组成，其中少量的F来自与生长MoO3纳米孔的电解液。Mo:O的原子比约为2:5，主要是由于在生长过程中氧缺陷的存在，使Mo与O的原子比大于1:3。
表1
元素 质量比(Wt％) 原子数量比(At％)
O 28.24 67.75
F 2.19 4.42
Mo 69.57 27.83
总量 100.00 100.00
(3)XRD测试：
XRD测试结果如图4所示，产物的X射线衍射花样与粉末衍射标准联合委员会(JointCommittee For Powder Diffraction Standards，JCPDS)的Power Diffraction File(PDF)卡片[05-0508]基本一致，为斜方晶系的MoO3。其中X射线衍射花样在40.5°出现Mo的特征峰，此峰为Mo基底的X射线衍射花样。
(4)XPS测试：
XPS测试结果如图5、图6所示。图5为结合能在0～1200eV范围的XPS图谱，图6为结合能在220-240eV范围的XPS图谱，图6中曲线a表示Mo 3d5/2，曲线b表示Mo 3d3/2，曲线c表示X射线光电子能谱，曲线d表示拟合曲线，曲线e表示背景。通过Shirley方法扣除背景后，通过拟合得到的XPS拟合图谱，其中Mo的3d5/2和3d3/2轨道结合能分别为232.11eV和235.21eV。由此得出样品中Mo为+6价的状态。

Claims (10)

1.一种一维自组装有序的纳米材料MoO3纳米孔的电化学制备方法，其特征在于该方法按照以下步骤进行：
一、清洗：依次采用丙酮、无水乙醇和去离子水为清洗剂对Mo片进行超声清洗，清洗后放在空气中干燥，得到清洗后Mo片；
二、配制电解液：首先将NH4F加入到去离子水中，利用磁力搅拌器搅拌均匀，然后再加入丙三醇，继续搅拌均匀，得电解液；
三、阳极氧化处理：以清洗后的Mo片作为阳极，Pt片作为阴极，加入步骤二制备的电解液，使电极浸没到电解液中，在阴极和阳极两端加20～50V的直流电压，持续1小时；
四、清洗干燥：把氧化后的Mo片浸泡到无水乙醇中30分钟，然后置于真空干燥箱中干燥，干燥温度为60℃，干燥后取出得到无定型的MoO3。
2.根据权利要求1所述的一种一维自组装有序的纳米材料MoO3纳米孔的电化学制备方法，其特征在于步骤一中的Mo片为99.5％的高纯Mo片。
3.根据权利要求1或2所述的一种一维自组装有序的纳米材料MoO3纳米孔的电化学制备方法，其特征在于步骤一中所述的超声清洗具体操作如下：首先以丙酮为清洗剂，在超声频率为100kHz下清洗5～10分钟；然后以乙醇为清洗剂，在超声频率为100kHz下清洗5～10分钟，最后以去离子水为清洗剂，在超声频率为100kHz下清洗5～10分钟，即完成超声清洗。
4.根据权利要求3所述的一种一维自组装有序的纳米材料MoO3纳米孔的电化学制备方法，其特征在于步骤二中丙三醇与去离子水的体积比为4～19:1
5.根据权利要求3所述的一种一维自组装有序的纳米材料MoO3纳米孔的电化学制备方法，其特征在于步骤二中丙三醇与去离子水的体积比为6～17:1。
6.根据权利要求3所述的一种一维自组装有序的纳米材料MoO3纳米孔的电化学制备方法，其特征在于步骤二中丙三醇与去离子水的体积比为8～15:1。
7.根据权利要求3所述的一种一维自组装有序的纳米材料MoO3纳米孔的电化学制备方法，其特征在于步骤二中丙三醇与去离子水的体积比为9:1。
8.根据权利要求4所述的一种一维自组装有序的纳米材料MoO3纳米孔的电化学制备方法，其特征在于步骤二电解液中NH4F的浓度为0.2～0.5mol/L。
9.根据权利要求4所述的一种一维自组装有序的纳米材料MoO3纳米孔的电化学制备方法，其特征在于步骤二电解液中NH4F的浓度为0.3～0.4mol/L。
10.根据权利要求8所述的一种一维自组装有序的纳米材料MoO3纳米孔的电化学制备方法，其特征在于步骤三中阳极和阴极的间距为1cm～1.5cm。
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