CN1382634A - 一种合成三氧化钼单晶纳米带的方法 - Google Patents
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Abstract
一种合成三氧化钼单晶纳米带的方法,涉及一种低维纳米材料的制备。本发明是以可溶性钼酸盐为钼源,高氯酸为酸化沉淀剂,水为介质,在室温下得到澄清溶液,然后转移到反应釜中,于100~200℃的温度下进行水热反应,通过严格控制溶液的H+浓度(10mol/L>[H+]>0.01mol/L)和酸的滴加速度(10mL/min>ν>0.1mL/min),即可合成正交晶型的三氧化钼单晶纳米带。本发明与溶胶凝胶、溅射、电子束蒸发、化学气相沉积等方法相比,原料价廉易得,设备简单,易于实现控制;产品具有独特的尺寸和形貌,产率高,质量稳定,该产品在电、热、光等物理性质的限制传输,纳米器件,传感器制备等很多领域都有广泛的应用。
Description
技术领域
本发明涉及一种低维纳米材料的制备方法,特别涉及功能过渡金属氧化物单晶纳米带的控制合成方法。
背景技术
目前,现有技术中合成三氧化钼的方法,多限于制备粉体,块体,薄膜等材料。
Bailar,Emeleus等很早就在《Comprehensive Inorganic Chemistry》第一版第735页报道了三氧化钼(MoO3)的合成。在《South African Journal of Chemistry》第34卷,118页报道了用高氯酸酸化钼酸钠溶液,长期静止结晶得到MoO3的方法。此外,粉体的制备还可用溶胶凝胶法。粉体粒径不均匀,各向异性不好,在物理性质的限制传输,纳米器件,传感器制备等很多领域的应用受到很大限制。《Sensors & Actuators B》第48卷285页,《Journalof Materials Science Letters》第14卷411页,《Journal of Physics IV》第9卷453页,分别报道了溅射法、电子束蒸发法、化学气相沉积法制备三氧化钼薄膜。这些薄膜制备方法成本高,设备复杂,得到的一般都是非晶膜。2001年《Science》第290卷2120页报道了用电化学沉积法在模板上合成三氧化钼纳米线。这是一种复杂的制备低维三氧化钼纳米材料的方法,而且模板的应用使产品的纯度不容易提高。国内三氧化钼的合成研究中,2000年《化学学报》第58卷688页报道了层柱状三氧化钼的合成。上述国内外相关研究,大都是三氧化钼粉体和薄膜的制备,这限制了三氧化钼(MoO3)在纳米领域的应用。目前为止,三氧化钼单晶纳米带的合成还未报道。
发明内容
本发明的目的在于提供一种以廉价易得的原料,在简单的工艺条件下,合成出形貌和尺寸分布比较均一的三氧化钼单晶纳米带的方法。
本发明提供的这种合成三氧化钼单晶纳米带的方法,是以可溶性钼酸盐为钼源,高氯酸为酸化沉淀剂,以水为介质,在室温下得到澄清溶液。其特征在于:
(1)将酸化后到得的澄清溶液放入反应釜中,加入去离子水;
(2)在100~200℃的温度条件下进行水热反应,反应液氢离子的浓度控制在0.01mol/L~10mol/L,酸的滴加速度0.1mL/min~10mL/min,即可制得正交晶型的三氧化钼单晶纳米带。
本发明所用的钼源为可溶性钼酸盐,优选为钼酸钠、钼酸钾或钼酸铵。
本发明以可溶性钼酸盐、高氯酸为原料,通过简单的实验装置和反应步骤,通过严格控制溶液的氢离子[H+]浓度/酸的滴加速度[v]和反应温度,制备出了具有形貌独特、尺寸分布比较均一的三氧化钼单晶纳米带。本发明与溶胶凝胶、溅射、电子束蒸发、化学气相沉积等制备三氧化钼的方法相比,该方法原料价廉易得,设备简单,操作安全可靠,易于实现控制;产品具有独特的尺寸和形貌,产率高,工艺重复性好,质量稳定,在电、热、光等物理性质的限制传输,纳米器件,传感器制备等很多领域的有广泛的应用。
因此该方法具有工艺简单,效率高,产品质量稳定的特点。该单晶纳米带在电,热,光等物理性质的限制传输,纳米器件,传感器制备等很多领域中有广泛的应用。
本发明的反应机理以化学方程式表示如下: MoO3+2NaClO4(或NH4ClO4)+H2O
附图说明
图1三氧化钼X射线粉末衍射。
图2三氧化钼TEM电镜检测。
具体实施方式
最好以钼酸钠为钼源,高氯酸为酸化沉淀剂,以水为介质,在室温下得到澄清溶液。在反应釜中对酸化得到得的溶液进行处理,应严格控制反应液的氢离子[H+]浓度和酸的滴加速度[v],最好满足2mol/L>[H+]>0.1mol/L,酸的滴加速度要求很慢,最好满足2mL/min>v>0.5mL/min,水热反应的温度最好选在120~180℃,可制备出效果很好的三氧化钼单晶纳米带。
所用的钼盐一般采用钼酸钠、钼酸钾或钼酸铵,优选为钼酸钠。
以下为采用本发明方法制备三氧化钼单晶纳米带的实例。
实施例一:
称取20mmol分析纯钼酸钠,溶于10ml去离子水得到2mol/l澄清溶液,以0.5mL/min的速度加入4mol/l高氯酸的16ml溶液,搅拌保持溶液澄清,溶液置于40ml的反应釜中,加入去离子水,严格控制溶液H+浓度([H+]=1mol/l)。密封反应釜,在100℃反应24h。然后冷却至室温,打开反应釜,以布式漏斗抽虑,以去离子水洗涤,得白色略带浅绿色粉末。产物经X射线粉末衍射鉴定为正交晶系的三氧化钼;TEM电镜检测产品形貌:直径50~400纳米,长度2~15微米。单根纳米带电子衍射证明产品为单晶。
实施例二:
称取10mmol分析纯钼酸钾,溶于10ml去离子水得到1mol/l澄清溶液,以2mL/min每滴的速度加入2mol/l高氯酸的20ml溶液,搅拌保持溶液澄清,溶液置于40ml的反应釜中,加入去离子水,严格控制溶液H+浓度([H+]=0.5mol/l)。密封反应釜,在100℃反应24h。然后冷却至室温,打开反应釜,以布式漏斗抽虑,以去离子水洗涤,得白色略带浅绿色粉末。产物经X射线粉末衍射鉴定为正交晶系的三氧化钼;TEM电镜检测产品形貌:直径100~500纳米,长度2~15微米。单根纳米带电子衍射证明产品为单晶。
实施例三:
称取20mmol分析纯钼酸钠,溶于10ml去离子水得到2mol/l澄清溶液,以1mL/min的速
称取20mmol分析纯钼酸钠,溶于10ml去离子水得到2mol/l澄清溶液,以1mL/min的速度加入4mol/l高氯酸的16ml溶液,搅拌保持溶液澄清,溶液置于40ml的反应釜中,加入去离子水,严格控制溶液H+浓度([H+]=1mol/l)。密封反应釜,在140℃反应18h。然后冷却至室温,打开反应釜,以布式漏斗抽虑,以去离子水洗涤,得白色略带浅绿色粉末。产物经X射线粉末衍射鉴定为正交晶系的三氧化钼;TEM电镜检测产品形貌:直径100~500纳米,长度2~15微米。单根纳米带电子衍射证明产品为单晶。
实施例四:
称取20mmol分析纯钼酸钠,溶于10ml去离子水得到2mol/l澄清溶液,以1mL/min的速度加入4mol/l高氯酸的16ml溶液,搅拌保持溶液澄清,溶液置于40ml的反应釜中,加入去离子水,严格控制溶液H+浓度([H+]=1mol/l)。密封反应釜,在200℃反应6h。然后冷却至室温,打开反应釜,以布式漏斗抽虑,以去离子水洗涤,得白色略带浅绿色粉末。产物经X射线粉末衍射鉴定为正交晶系的三氧化钼;TEM电镜检测产品形貌:直径100~500纳米,长度2~15微米。单根纳米带电子衍射证明产品为单晶。
实施例五:
称取20mmol分析纯钼酸铵,溶于10ml去离子水得到2mol/l澄清溶液,以0.5mL/min的速度加入4mol/l高氯酸的16ml溶液,搅拌保持溶液澄清,溶液置于40ml的反应釜中,加入去离子水,严格控制溶液H+浓度([H+]=1mol/l)。密封反应釜,在140℃反应18h。然后冷却至室温,打开反应釜,以布式漏斗抽虑,以去离子水洗涤,得白色略带浅绿色粉末。产物经X射线粉末衍射鉴定为正交晶系的三氧化钼;TEM电镜检测产品形貌:直径100~500纳米,长度2~15微米。单根纳米带电子衍射证明产品为单晶。
Claims (5)
1.一种合成三氧化钼单晶纳米带的方法,以可溶性钼酸盐为钼源,高氯酸为酸化沉淀剂,以水为介质,在室温下得到澄清溶液,其特征在于:
(1)将酸化后到得的溶液放入反应釜中,加入去离子水;
(2)在100~200℃的温度条件下进行水热反应,反应液的氢离子浓度控制在0.01mol/L~10mol/L,酸的滴加速度0.1mL/min~10mL/min。
2.按照权利要求1所述的合成三氧化钼单晶纳米带的方法,其特征在于:氢离子浓度优选为0.1mol/L~2mol/L。
3.按照权利要求1或2所述的合成三氧化钼单晶纳米带的方法,其特征在于:酸的滴加速度优选为0.5mL/min~2mL/min。
4.按照权利要求3所述的合成三氧化钼单晶纳米带的方法,其特征在于:水热反应温度优选为120~180℃。
5.按照权利要求1所述的合成三氧化钼单晶纳米带的方法,其特征在于:所述的钼酸盐为钼酸钠、钼酸钾、钼酸铵中的任一种。
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