CN109650448B - 一种α-MoO3纳米空心球的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种合成α‑MoO3纳米空心球的制备方法，起始原料为(NH4)6MoO7·4H2O、盐酸多巴胺、去离子水、乙醇和氨水；制备过程包括水热、溶剂热、超声、离心、洗涤、烘干、退火；制备的α‑MoO3空心球的直径为200～400nm。本发明的有益成果在于：原材料廉价易得，制备方法环境友好、水热/溶剂热温度低能耗小、操作简单、可重复性强且产率高，适合批量生产；纳米空心球大小均匀、比表面大，可以赋予材料更大的比表面，加快材料表面的敏感反应，本发明的纳米空心球材料在光催化剂、催化剂载体方面皆有良好的应用前景。

Description

一种α-MoO3纳米空心球的制备方法
技术领域
本发明涉及纳米材料技术领域，特别涉及一种α-MoO3纳米空心球的制备方法。
背景技术
近年来，纳米科技的发展极大地推动功能材料的开发及应用。纳米材料的尺寸、形貌和组分都会极大地影响其本身的性质，从而影响其应用前景。目前为止，研究者已经通过很多物理和化学方法，将纳米材料从零维、一维，开始向多维发展，形成很多丰富的形貌，同时，纳米组分的调制也引起了研究者极大地兴趣，成为纳米材料研究的新热点。α-MoO3作为一种典型的n型金属氧化物半导体，具有较宽的带隙(3.37ev)和较大的激发结合能(60meV)，在紫外/蓝光发射器、太阳能电池、压电装置、声波-光波仪器、化学传感器等电子和光学应用领域备受关注。因其高度的电化学稳定性、无毒、便于修饰和廉价的特点。作为一种重要的功能无机材料，α-MoO3是电致变色、光致变色、气致变色、气体传感、智能伪装等器件的核心材料，在建筑与汽车的节能、信息显示与储存、环境监控、食品工业、军事等领域具有极大的应用前景。α-MoO3有三种常见的晶型结构:热力学稳定的正交相α-MoO3，热力学亚稳结构的单斜相I3-MoO3和六方相h-MoO3。近年来，正交相α-MoO3由于其具有热力学稳定性被广泛的研究。纳米级的α-MoO3由于比表面积较大，其性能比微米级的α-MoO3更加优越。
传统制备α-MoO3纳米材料的方法大都需要繁琐的步骤、昂贵的仪器和苛刻的反应条件，而且用到易挥发有毒的试剂，对人体健康和周围环境都带来影响。因此，选择简单、经济、环境友好的合成方法，制备α-MoO3纳米空心球，具有重要的理论研究意义，而且可以推进新型纳米复合材料的发展。
发明内容
本发明的目的在于：针对上述存在的问题，提供了一种通过一步水热搅拌制备的三维多级α-MoO3纳米空心球的方法，且该方法成本低廉、环境友好、可重复性强。
为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：
一种α-MoO3纳米空心球的制备方法，其特征在于：所述α-MoO3纳米空心球的制备方法为常温搅拌合成法，所述α-MoO3的结构为多个微米片构筑单元堆积而成的三维多级球状结构。
进一步地，所述常温搅拌合成法的具体步骤如下：
(1)将(NH4)6MoO7+4H2O和盐酸多巴胺溶于水中混合搅拌均匀后，边搅拌边加入乙醇溶液继续搅拌均匀得到混合液；
(2)在步骤(1)中的混合液中快速加入氨水搅拌混合均匀后，离心收集所得产物；
(3)将步骤(2)中的产物先后用大量的去离子水和无水乙醇充分洗涤后，烘干；
(4)将步骤(3)中烘干的样品进行退火，得到三维α-MoO3纳米空心球。
进一步地，在步骤(1)中，所述(NH4)6MoO7+4H2O的质量为150～250mg，所述盐酸多巴胺的质量为30～60mg，所述水的体积为20～30ml，所述乙醇的体积为30～50ml，所述混合搅拌的时长为8～15min，加入乙醇溶液后搅拌时长为3～8min。
进一步地，在步骤(2)中，所述氨水的体积为20～40ml。
进一步地，在步骤(3)中，所述烘干温度为60℃。
进一步地，在步骤(4)中，所述退火为在空气氛围中以5℃/min的升温速率升温至320～360℃退火，退火时间为5～8h。
进一步地，所述α-MoO3纳米球的直径为200～400nm。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1、所采用的常温水热合成三维多级α-MoO3纳米空心球的操作简单、成本低廉、环境友好、可重复性强；
2、所制备的α-MoO3纳米球球壳表面粗糙，是由大量纳米微米片载体组装而成的三维结构，结构稳定，使用性能稳定性好；
3、原材料廉价易得，制备方法环境友好、水热/溶剂热温度低能耗小、操作简单、可重复性强且产率高，适合批量生产；纳米空心球大小均匀、比表面大，可以赋予材料更大的比表面，加快材料表面的敏感反应。
4、所采用的制备α-MoO3纳米球的制备方法，产率高较高，适于批量生产；
5、所制备的三维多级α-MoO3纳米空心球具有良好的稳定性、光学透明性、气敏特性、耐高温、可塑性等方面，表现出所不具备的优越性能，也可用于光催化剂、催化剂载体等材料。
附图说明
图1是实施例1中制备的α-MoO3纳米空心球的SEM图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下举出优选实施例，对本发明进一步详细说明。然而，需要说明的是，说明书中列出的许多细节仅仅是为了使读者对本发明的一个或多个方面有一个透彻的理解，即便没有这些特定的细节也可以实现本发明的这些方面。
本发明中搅拌可采用磁力搅拌器，磁力搅拌器是用于液体混合的实验室仪器，主要用于搅拌或同时加热搅拌低粘稠度的液体或固液混合物。其原理是利用磁场的同性相斥、异性相吸的原理，使用磁场推动放置在容器中带磁性的搅拌子进行圆周运转，从而达到搅拌液体的目的。配合加热温度控制系统，可以根据具体的实验要求加热并控制样本温度，维持实验条件所需的温度条件，保证液体混合达到实验需求，可以保证反应物混合均匀。
实施例1
一种α-MoO3纳米空心球的制备方法，所述α-MoO3纳米空心球的制备方法为常温搅拌合成法，所述α-MoO3的结构为多个微米片构筑单元堆积而成的三维多级球状结构，α-MoO3纳米空心球的直径为200nm，常温搅拌合成法的具体步骤如下：
(1)将(NH4)6MoO7+4H2O和盐酸多巴胺溶于水中混合搅拌均匀后，边搅拌边加入乙醇溶液继续搅拌均匀得到混合液；(NH4)6MoO7+4H2O的质量为150mg，盐酸多巴胺的质量为30mg，所述水的体积为20ml，所述乙醇的体积为30ml，所述混合搅拌的时长为8min，加入乙醇溶液后搅拌时长为3min。
(2)在步骤(1)中的混合液中快速加入20ml氨水搅拌混合均匀后，离心收集所得产物；
(3)将步骤(2)中的产物先后用大量的去离子水和无水乙醇充分洗涤后，在60℃下烘干；
(4)将步骤(3)中烘干的样品在空气氛围中以5℃/min的升温速率升温至 320℃退火，退火时间为5h进行退火，得到三维α-MoO3纳米空心球。
实施例2
一种α-MoO3纳米空心球的制备方法，所述α-MoO3纳米空心球的制备方法为常温搅拌合成法，所述α-MoO3的结构为多个微米片构筑单元堆积而成的三维多级球状结构，α-MoO3纳米空心球的直径为400nm，常温搅拌合成法的具体步骤如下：
(1)将(NH4)6MoO7+4H2O和盐酸多巴胺溶于水中混合搅拌均匀后，边搅拌边加入乙醇溶液继续搅拌均匀得到混合液；(NH4)6MoO7+4H2O的质量为250mg，所述盐酸多巴胺的质量为60mg，所述水的体积为30ml，所述乙醇的体积为 50ml，所述混合搅拌的时长为15min，加入乙醇溶液后搅拌时长为8min。
(2)在步骤(1)中的混合液中快速加入40ml氨水搅拌混合均匀后，离心收集所得产物；
(3)将步骤(2)中的产物先后用大量的去离子水和无水乙醇充分洗涤后，在60℃下烘干；
(4)将步骤(3)中烘干的样品在空气氛围中以5℃/min的升温速率升温至 360℃退火，退火时间为8h进行退火，得到三维α-MoO3纳米空心球。
实施例3
一种α-MoO3纳米空心球的制备方法，所述α-MoO3纳米空心球的制备方法为常温搅拌合成法，所述α-MoO3的结构为多个微米片构筑单元堆积而成的三维多级球状结构，α-MoO3纳米空心球的直径为300nm，常温搅拌合成法的具体步骤如下：
(1)将(NH4)6MoO7+4H2O和盐酸多巴胺溶于水中混合搅拌均匀后，边搅拌边加入乙醇溶液继续搅拌均匀得到混合液；(NH4)6MoO7+4H2O的质量为200mg，所述盐酸多巴胺的质量为40mg，所述水的体积为25ml，所述乙醇的体积为 40ml，所述混合搅拌的时长为10min，加入乙醇溶液后搅拌时长为5min。
(2)在步骤(1)中的混合液中快速加入30ml氨水搅拌混合均匀后，离心收集所得产物；
(3)将步骤(2)中的产物先后用大量的去离子水和无水乙醇充分洗涤后，在60℃下烘干；
(4)将步骤(3)中烘干的样品在空气氛围中以5℃/min的升温速率升温至 350℃退火，退火时间为6h进行退火，得到三维α-MoO3纳米空心球。
实施例4
一种α-MoO3纳米空心球的制备方法，所述α-MoO3纳米空心球的制备方法为常温搅拌合成法，所述α-MoO3的结构为多个微米片构筑单元堆积而成的三维多级球状结构，α-MoO3纳米空心球的直径为350nm，常温搅拌合成法的具体步骤如下：
(1)将(NH4)6MoO7+4H2O和盐酸多巴胺溶于水中混合搅拌均匀后，边搅拌边加入乙醇溶液继续搅拌均匀得到混合液；(NH4)6MoO7+4H2O的质量为200mg，所述盐酸多巴胺的质量为50mg，所述水的体积为30ml，所述乙醇的体积为 30～50ml，所述混合搅拌的时长为12min，加入乙醇溶液后搅拌时长为6min。
(2)在步骤(1)中的混合液中快速加入35ml氨水搅拌混合均匀后，离心收集所得产物；
(3)将步骤(2)中的产物先后用大量的去离子水和无水乙醇充分洗涤后，在60℃下烘干；
(4)将步骤(3)中烘干的样品在空气氛围中以5℃/min的升温速率升温至 350℃退火，退火时间为6h进行退火，得到三维α-MoO3纳米空心球。
将实施例1中所制备的α-MoO3纳米空心球使用SEM拍照，其照片如图1 所示，从电镜图中我们可以看出纳米空心球分布大小均匀，球壳表面粗糙，可以看出是由大量纳米/微米片载体组装而成的三维球状结构。其中纳米/微米片的厚度只有30nm左右，组装成均匀的球状结构。因此，使用该方法制备α-MoO3纳米空心球不仅方法简单，可重复性强，还制备的纳米空心球性能稳定，且产率高，适于批量生产。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种α-MoO3纳米空心球的制备方法，其特征在于：所述α-MoO3纳米空心球的制备方法为常温搅拌合成法，所述α-MoO3的结构为多个纳米片构筑单元堆积而成的三维多级球状结构，该α-MoO3纳米球的直径为200～400nm；所述常温搅拌合成法的具体步骤如下：
(1)将(NH4)6MoO7·4H2O和盐酸多巴胺溶于水中混合搅拌均匀后，边搅拌边加入乙醇溶液继续搅拌均匀，所述(NH4)6MoO7·4H2O的质量为150～250mg，所述盐酸多巴胺的质量为30～60mg，所述水的体积为20～30ml，所述乙醇的体积为30～50ml，所述混合搅拌的时长为8～15min，加入乙醇溶液后搅拌时长为3～8min，得到混合液；
(2)在步骤(1)中的混合液中快速加入氨水搅拌混合均匀后，离心收集所得产物；
(3)将步骤(2)中的产物先后用大量的去离子水和无水乙醇充分洗涤后，烘干；
(4)将步骤(3)中烘干的样品进行退火，退火为在空气氛围中以5℃/min的升温速率升温至320～360℃退火，退火时间为5～8h，得到三维α-MoO3纳米空心球。
2.根据权利要求1所述的一种α-MoO3纳米空心球的制备方法，其特征在于：在步骤(2)中，所述氨水的体积为20～40ml。
3.根据权利要求1所述的一种α-MoO3纳米空心球的制备方法，其特征在于：在步骤(3)中，所述烘干温度为60℃。
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