RU2625877C1 - Extraction method of obtaining nanodimensional crystals of metal oxides - Google Patents
Extraction method of obtaining nanodimensional crystals of metal oxides Download PDFInfo
- Publication number
- RU2625877C1 RU2625877C1 RU2016129244A RU2016129244A RU2625877C1 RU 2625877 C1 RU2625877 C1 RU 2625877C1 RU 2016129244 A RU2016129244 A RU 2016129244A RU 2016129244 A RU2016129244 A RU 2016129244A RU 2625877 C1 RU2625877 C1 RU 2625877C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- water
- phase
- salt
- metal
- added
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82B—NANOSTRUCTURES FORMED BY MANIPULATION OF INDIVIDUAL ATOMS, MOLECULES, OR LIMITED COLLECTIONS OF ATOMS OR MOLECULES AS DISCRETE UNITS; MANUFACTURE OR TREATMENT THEREOF
- B82B3/00—Manufacture or treatment of nanostructures by manipulation of individual atoms or molecules, or limited collections of atoms or molecules as discrete units
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
- C01G3/00—Compounds of copper
- C01G3/02—Oxides; Hydroxides
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
- C01G9/00—Compounds of zinc
- C01G9/02—Oxides; Hydroxides
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области синтеза наноразмерных оксидов металлов и может быть использовано для производства компонентов полупроводниковых приборов, датчиков, УФ-фильтров, солнечных батарей, гетерогенных катализаторов и т.д.The invention relates to the field of synthesis of nanosized metal oxides and can be used for the production of components of semiconductor devices, sensors, UV filters, solar panels, heterogeneous catalysts, etc.
Изобретение может быть использовано для создания проводящих покрытий в электронных и оптоэлектронных устройствах, в газовых и ионоселективных сенсорах, полевых транзисторах, солнечных батареях, а также в качестве фотокатализаторов благодаря ряду электрофизических свойств: температуре плавления, теплопроводности, фоточувствительности, пьезо- и пироэффекту, наличию запрещенной зоны, химической стабильности [
Известен способ получения наноразмерных частиц оксида цинка [Duan J., Huang X., Wang E. PEG-assisted synthesis of ZnO nanotubes // Materials Letters. 2006. V. 60. P. 1918-1921], основанный на золь-гель реакции получения суспензии в присутствии водорастворимого полимера как катализатора и поверхностно-активного вещества. Смешивают 0,3 г полиэтиленгликоля с молекулярной массой 2000, 1 г гексагидрата нитрата цинка и 150 мл дистиллированной воды. К полученному прозрачному раствору приливают с постоянной скоростью 1,25 мл гидроксида аммония при 30°С и выдерживают при 80°С в течение нескольких часов. Затем суспензию разбавляют до объема 80 мл дистиллированной водой, переносят в тефлоновый автоклав, вертикально помещают стеклянную пластину и выдерживают при 100°С в течение 10 часов. Полученный на стеклянной подложке оксид цинка промывают деионизованной водой и сушат на воздухе при 100°С. Полученный оксид цинка представляет собой полые гексагональные нанотрубки диаметром свыше 80 нм и длиной до 2 мкм.A known method of producing nanosized particles of zinc oxide [Duan J., Huang X., Wang E. PEG-assisted synthesis of ZnO nanotubes // Materials Letters. 2006. V. 60. P. 1918-1921], based on the sol-gel reaction to obtain a suspension in the presence of a water-soluble polymer as a catalyst and surfactant. Mix 0.3 g of polyethylene glycol with a molecular weight of 2000, 1 g of zinc nitrate hexahydrate and 150 ml of distilled water. 1.25 ml of ammonium hydroxide is poured to the obtained clear solution at a constant rate at 30 ° C and kept at 80 ° C for several hours. Then the suspension is diluted to a volume of 80 ml with distilled water, transferred to a Teflon autoclave, a glass plate is placed vertically and kept at 100 ° C for 10 hours. The zinc oxide obtained on a glass substrate is washed with deionized water and dried in air at 100 ° C. The resulting zinc oxide is a hollow hexagonal nanotube with a diameter of more than 80 nm and a length of up to 2 microns.
К недостаткам данного способа следует отнести усложненное аппаратурное оформление, связанное с необходимостью использования подложки, и трудоемкость процесса.The disadvantages of this method include the complicated hardware design associated with the need to use a substrate, and the complexity of the process.
Известен способ получения частиц оксида цинка [Parra M.R., Haque F.Z. Poly(ethylene glycol) (PEG)-assisted shape-controlled synthesis of one-dimensional ZnO nanorods // Optik. 2015. V. 126. P. 1562-1566], состоящий в осаждении частиц оксида цинка при добавлении в условиях интенсивного перешивания к 0.01М водному раствору ацетата цинка структурообразующего агента - полиэтиленгликоля с молекулярной массой 400 при значении рН раствора 8, которое регулируют добавлением NaOH. Полученную смесь выдерживают при 80°С в течение 24 ч. Полученный осадок отфильтровывают, промывают этанолом и деионизованной водой и прокаливают при 200°С в течение 3 ч. Полученный оксид цинка представляет собой одномерные микро- и наностержни.A known method of producing particles of zinc oxide [Parra M.R., Haque F.Z. Poly (ethylene glycol) (PEG) -assisted shape-controlled synthesis of one-dimensional ZnO nanorods // Optik. 2015. V. 126. P. 1562-1566], which consists in the precipitation of particles of zinc oxide when added under conditions of intensive mixing to a 0.01 M aqueous solution of zinc acetate structure-forming agent - polyethylene glycol with a molecular weight of 400 at a pH of solution 8, which is regulated by the addition of NaOH . The resulting mixture was kept at 80 ° C for 24 hours. The resulting precipitate was filtered off, washed with ethanol and deionized water and calcined at 200 ° C for 3 hours. The resulting zinc oxide was a one-dimensional micro- and nanorods.
К недостаткам данного метода можно отнести то, что способ усложнен дополнительной стадией прокаливания и требует высокой степени гомогенизации системы в условиях интенсивного перемешивания.The disadvantages of this method include the fact that the method is complicated by an additional stage of calcination and requires a high degree of homogenization of the system under conditions of intensive mixing.
Известен способ получения частиц оксида меди [Chen Н., Zhao G., Liu Y. Low-temperature solution synthesis of CuO nanorods with thin diameter // Materials Letters. 2013. V. 93. P. 60-63], состоящий в осаждении CuO при добавлении к 2 г полиэтиленоксида с молекулярной массой 400000 и 100 мл деионизированной воды при интенсивном перемешивании 2 г NaOH и 1,71 г CuCl2⋅2H2O. Смесь непрерывно перемешивают в течение 48 ч при 50°С, затем продукт собирают, промывают и сушат. Полученный оксид меди представляет собой наночастицы с размером 80-100 нм.A known method of producing particles of copper oxide [Chen N., Zhao G., Liu Y. Low temperature solution synthesis of CuO nanorods with thin diameter // Materials Letters. 2013. V. 93. P. 60-63], consisting in the precipitation of CuO when added to 2 g of polyethylene oxide with a molecular weight of 400,000 and 100 ml of deionized water with vigorous stirring 2 g of NaOH and 1.71 g of CuCl 2 ⋅ 2H 2 O. The mixture was continuously stirred for 48 hours at 50 ° C, then the product was collected, washed and dried. The resulting copper oxide is a nanoparticle with a size of 80-100 nm.
К недостаткам данного метода можно отнести относительно высокую длительность синтеза, что отражается на экономических показателях, и необходимость высокой степени гомогенизации системы.The disadvantages of this method include the relatively high duration of synthesis, which is reflected in economic indicators, and the need for a high degree of homogenization of the system.
Наиболее близким по своей технической сути является способ получения оксидов металлов и оксидных систем сложного состава в виде объемных образцов (порошков, керамики), пленок и покрытий [Холькин А.И., Патрушева Т.Н. Экстракционно-пиролитический метод: Получение функциональных оксидных материалов. - М.: КомКнига, 2006. - 288 с.], заключающийся в том, что синтез проводят в гетерогенной системе «жидкость - жидкость». Данный способ предполагает экстракцию катионов металлов из водных растворов их неорганических солей в органические растворы, смешение их в требуемом соотношении и последующий пиролиз паст или смеси экстрактов - солей органических кислот, нанесенных на подложку.The closest in its technical essence is a method for producing metal oxides and oxide systems of complex composition in the form of bulk samples (powders, ceramics), films and coatings [Kholkin AI, Patrusheva TN Extraction-pyrolytic method: Preparation of functional oxide materials. - M .: KomKniga, 2006. - 288 p.], Which consists in the fact that the synthesis is carried out in a heterogeneous system of "liquid - liquid". This method involves the extraction of metal cations from aqueous solutions of their inorganic salts into organic solutions, mixing them in the required ratio and subsequent pyrolysis of pastes or a mixture of extracts - salts of organic acids deposited on a substrate.
В качестве органических растворов используют растворы высших монокарбоновых кислот (каприловой, капроновой, энантовой, пеларгоновой и др.) в растворителе (алифатические, ароматические углеводороды и др.). Пленки наносят методом центрифугирования после накатывания слоя экстракта на подложку из стекла, которую предварительно очищают. После подсушивания подложку со смачивающей пленкой помещают в печь для пиролиза, что приводит к формированию многочисленных центров кристаллизации и наноструктурных оксидных покрытий, которые в результате отжига образуют заданные фазы сложного оксида.As organic solutions, solutions of higher monocarboxylic acids (caprylic, caproic, enanthic, pelargonic, etc.) in a solvent (aliphatic, aromatic hydrocarbons, etc.) are used. The films are applied by centrifugation after rolling the extract layer onto a glass substrate, which is previously cleaned. After drying, the substrate with a wetting film is placed in a pyrolysis furnace, which leads to the formation of numerous crystallization centers and nanostructured oxide coatings, which, as a result of annealing, form the specified phases of the complex oxide.
Основным недостатком данного прототипа является необходимость работы с органическими растворителями, которые, как правило, токсичны, горючи и взрывоопасны.The main disadvantage of this prototype is the need to work with organic solvents, which are usually toxic, combustible and explosive.
Существенным недостатком является необходимость применения стадии пиролиза полученных экстрактов.A significant drawback is the need for the pyrolysis step of the obtained extracts.
Другим недостатком является то, что используемые экстракционные системы характеризуются сложным составом органических растворов, что приводит к загрязнению синтезируемых оксидов металлов примесными продуктами пиролиза.Another disadvantage is that the extraction systems used are characterized by a complex composition of organic solutions, which leads to contamination of the synthesized metal oxides with impurity pyrolysis products.
Также недостатком является необходимость использования подложки.Another disadvantage is the need to use a substrate.
Изобретение направлено на изыскание простого, доступного и экономичного способа получения наноразмерных кристаллов оксидов металлов при относительно низких температурах, без применения специального оборудования, с использованием гетерогенной системы на основе водорастворимого полимера и неорганической соли без использования токсичных, горючих и взрывоопасных органических растворителей.The invention is aimed at finding a simple, affordable and economical method for producing nanosized crystals of metal oxides at relatively low temperatures, without the use of special equipment, using a heterogeneous system based on a water-soluble polymer and inorganic salt without the use of toxic, combustible and explosive organic solvents.
Техническим результатом является направленный синтез в межфазном слое кристаллов оксидов металлов заданного размера и формы.The technical result is directed synthesis in the interfacial layer of crystals of metal oxides of a given size and shape.
Технический результат достигается тем, что предложен экстракционный способ получения наноразмерных кристаллов оксидов металлов, заключающийся в том, что в дистиллированной воде готовят гетерогенную систему из водорастворимого полимера и фазообразующей соли металла или соли аммония с образованием водно-полимерной и водно-солевой фаз, в одну из фаз добавляют водный раствор сульфата металла, выбранного из пары: медь, цинк, а в другую добавляют водный раствор гидроксида натрия или аммиака, после чего приготовленную гетерогенную систему с введенными добавками выдерживают при температуре 25÷80°С и атмосферном давлении в течение 1÷24 ч, полученный в межфазном слое осадок выделяют, промывают дистиллированной водой и сушат на воздухе до прекращения изменения массы, получают наноразмерные кристаллы оксидов металлов.The technical result is achieved by the fact that the proposed extraction method for producing nanosized crystals of metal oxides, which consists in the fact that in a distilled water a heterogeneous system is prepared from a water-soluble polymer and a phase-forming metal salt or ammonium salt with the formation of a water-polymer and water-salt phases, in one of phases add an aqueous solution of a metal sulfate selected from a pair: copper, zinc, and in another add an aqueous solution of sodium hydroxide or ammonia, after which the prepared heterogeneous system with the introduced additives are kept at a temperature of 25–80 ° С and atmospheric pressure for 1–24 h; the precipitate obtained in the interfacial layer is isolated, washed with distilled water and dried in air until the mass change ceases, and nanosized metal oxide crystals are obtained.
Целесообразно, что в качестве водорастворимого полимера используют полиэтиленоксид (полиэтиленгликоль) с молекулярной массой 1500÷20000.It is advisable that polyethylene oxide (polyethylene glycol) with a molecular weight of 1500 ÷ 20,000 is used as a water-soluble polymer.
Также целесообразно, что в качестве фазообразующей соли металла используют сульфат металла, выбранного из ряда Na, Li, Cu, Zn, Mg, Cd, Co, в качестве соли аммония используют также сульфат.It is also advisable that a metal sulfate selected from the series Na, Li, Cu, Zn, Mg, Cd, Co is used as a phase-forming metal salt, and sulfate is also used as an ammonium salt.
Выбор диапазона молекулярных масс полимера обусловлен тем, что полимер способствует образованию центров кристаллизации оксида металла и влияет на дальнейший рост кристаллов, поскольку растворы полимера формируют цепочечные структуры, создавая тем самым среду для ориентированного роста кристаллов.The choice of the molecular weight range of the polymer is due to the fact that the polymer promotes the formation of crystallization centers of metal oxide and affects the further growth of crystals, since polymer solutions form chain structures, thereby creating an environment for oriented crystal growth.
Выбор фазообразующей соли металла или соли аммония определяется, главным образом, её способностью образовывать с полимером гетерогенную систему, а также размером области гетерогенности и соотношением фаз.The choice of a phase-forming metal salt or ammonium salt is determined mainly by its ability to form a heterogeneous system with the polymer, as well as the size of the heterogeneity region and the phase ratio.
Применение для синтеза оксидов металлов водного раствора гидроксида натрия или аммиака влияет на скорость нуклеации и роста кристаллов за счет разной устойчивости образующихся в растворе комплексных ионов экстрагируемого металла.The use of an aqueous solution of sodium hydroxide or ammonia for the synthesis of metal oxides affects the rate of nucleation and crystal growth due to the different stability of the complex ions of the extracted metal formed in the solution.
Сульфаты экстрагируемого металла выбирают из пары: медь; цинк, что обусловлено их наилучшими показателями растворимости в данной гетерогенной системе.Sulphates of the extracted metal are selected from the pair: copper; zinc, which is due to their best solubility in this heterogeneous system.
Выбранный диапазон температуры 25÷80°С установлен экспериментально и является оптимальным для получения кристаллов заданного размера и формы. При температуре ниже 25°С происходит ухудшение растворимости компонентов гетерогенной системы. Повышение температуры выше 80°С приводит к существенному изменению свойств гетерогенной системы.The selected temperature range of 25 ÷ 80 ° C was established experimentally and is optimal for obtaining crystals of a given size and shape. At temperatures below 25 ° C, the solubility of the components of the heterogeneous system deteriorates. An increase in temperature above 80 ° C leads to a significant change in the properties of a heterogeneous system.
Заявленный временной интервал 1÷24 ч установлен экспериментально и определяется динамикой процесса формирования кристаллов, что связано с установлением в гетерогенной системе экстракционного равновесия.The claimed time interval of 1 ÷ 24 hours is established experimentally and is determined by the dynamics of the process of crystal formation, which is associated with the establishment of extraction equilibrium in the heterogeneous system.
Сущность изобретения заключается в том, что варьирование состава гетерогенной системы, направления движущей силы межфазного распределения экстрагируемого катиона металла, продолжительности и температуры синтеза дает возможность для управления микроструктурой на стадии образования и роста кристаллов и позволяет получать в межфазном слое кристаллы оксидов металлов заданного размера и формы.The essence of the invention lies in the fact that varying the composition of the heterogeneous system, the direction of the driving force of the interfacial distribution of the extracted metal cation, the duration and temperature of the synthesis makes it possible to control the microstructure at the stage of crystal formation and growth and allows obtaining metal oxide crystals of a given size and shape in the interfacial layer.
Изобретение проиллюстрировано Фиг. 1 - Фиг. 6, на которых приведены микрофотографии, выполненные на сканирующем электронном микроскопе JEOL JSM-6700F (Япония). СЭМ-изображение показывает форму и размер синтезированных образцов. Электронно-зондовый микроанализ доказывает элементный состав полученных частиц. Рентгенофазовый анализ образцов проведен на дифрактометре D2 Phaser (Bruker) с использованием CuKα-излучения (λ=0,1548 нм). Дифрактограмма подтверждает образование кристаллической структуры синтезированных образцов.The invention is illustrated in FIG. 1 - FIG. 6, which shows micrographs taken with a JEOL JSM-6700F scanning electron microscope (Japan). SEM image shows the shape and size of the synthesized samples. Electron probe microanalysis proves the elemental composition of the particles obtained. X-ray phase analysis of the samples was carried out on a D2 Phaser (Bruker) diffractometer using CuK α radiation (λ = 0.1548 nm). The diffraction pattern confirms the formation of the crystalline structure of the synthesized samples.
Фиг. 1. СЭМ-изображение частиц ZnO, полученных в системе полиэтиленгликоль-6000 - Na2SO4 - H2O при добавлении раствора NaOH (t=25°С, время синтеза 24 ч, CZn 2+=0.05 моль/л, CNaOH=0.05 моль/л).FIG. 1. SEM image of ZnO particles obtained in the polyethylene glycol-6000 - Na 2 SO 4 - H 2 O system upon addition of a NaOH solution (t = 25 ° C, synthesis time 24 h, C Zn 2+ = 0.05 mol / l, C NaOH = 0.05 mol / L).
Фиг. 2. СЭМ-изображение частиц ZnO, полученных в системе полиэтиленоксид-1500 - (NH4)2SO4 - H2O при добавлении раствора NH3H2O (t=80°С, время синтеза 2 ч, CZn 2+=0.005 моль/л, 
Фиг. 3. СЭМ-изображение частиц ZnO, полученных в системе полиэтиленоксид-1500 - Na2SO4 - H2O при добавлении раствора NaOH (t = 80°С, время синтеза 3 ч, CZn 2+=0.005 моль/л, CNaOH=0.02 моль/л).FIG. 3. SEM image of ZnO particles obtained in the polyethylene oxide-1500 - Na 2 SO 4 - H 2 O system upon addition of a NaOH solution (t = 80 ° C, synthesis time 3 h, C Zn 2+ = 0.005 mol / L, C NaO H = 0.02 mol / L).
Фиг. 4. СЭМ-изображение частиц ZnO, полученных в системе полиэтиленоксид-1500 - Na2S4 - H2O при добавлении раствора NaOH (t=60°C, время синтеза 1 ч, CZn 2+=0.1 моль/л, CNaOH=1 моль/л).FIG. 4. SEM image of ZnO particles obtained in the polyethylene oxide-1500 - Na 2 S 4 - H 2 O system upon addition of a NaOH solution (t = 60 ° C, synthesis time 1 h, C Zn 2+ = 0.1 mol / L, C NaOH = 1 mol / L).
Фиг. 5. СЭМ-изображение частиц CuO, полученных в системе полиэтиленоксид-1500 - (NH4)2SO4 - H2O при добавлении раствора NH3⋅H2O (t=60°С, время синтеза 1 ч, CCu 2+=0.02 моль/л,
Фиг. 6. СЭМ-изображение частиц CuO, полученных в системе полиэтиленгликоль-20000 - Na2SO4 - H2O при добавлении раствора NaOH (t=60°С, время синтеза 1 ч, CCu 2+=0.01 моль/л, CNaOH=0.1 моль/л).FIG. 6. SEM image of CuO particles obtained in the polyethylene glycol-20,000 - Na 2 SO 4 - H 2 O system with the addition of NaOH solution (t = 60 ° C, synthesis time 1 h, C Cu 2+ = 0.01 mol / l, C NaOH = 0.1 mol / L).
Ниже приведены примеры осуществления данного изобретения. Примеры иллюстрируют, но не ограничивают предложенный способ.The following are examples of the implementation of the present invention. The examples illustrate but do not limit the proposed method.
Пример 1. В 7,8 мл дистиллированной воды растворяли 0,9 г полиэтиленгликоля с молекулярной массой 6000 и 1,3 г сульфата натрия, смесь перемешивали в течение 15 минут. В водно-солевую фазу добавили 0,5 мл 1М раствора сульфата цинка, в водно-полимерную фазу добавили 0,5 мл 1М раствора NaOH. Далее выдерживали при 25°С и атмосферном давлении в течение 24 ч. Полученный в межфазном слое осадок выделяли, промывали дистиллированной водой и сушили на воздухе при температуре 25°С. Метод сканирующей электронной микроскопии (Фиг. 1) показал, что при данных условиях роста образуются 2D-кристаллы правильной шестиугольной формы размером ~ 6-6,5 мкм и толщиной менее 100 нм. Электронно-зондовый микроанализ доказывает элементный состав полученных частиц - в спектре рентгеновского излучения полученного образца содержались только пики, относящиеся к кислороду и цинку. Согласно рентгенофазовому анализу нанокристаллы ZnO имеют структуру вюрцита.Example 1. 0.9 g of polyethylene glycol with a molecular weight of 6000 and 1.3 g of sodium sulfate were dissolved in 7.8 ml of distilled water, the mixture was stirred for 15 minutes. 0.5 ml of a 1M solution of zinc sulfate was added to the water-salt phase, 0.5 ml of a 1M solution of NaOH was added to the water-polymer phase. Then it was kept at 25 ° С and atmospheric pressure for 24 hours. The precipitate obtained in the interfacial layer was isolated, washed with distilled water and dried in air at a temperature of 25 ° С. The method of scanning electron microscopy (Fig. 1) showed that under these growth conditions, 2D crystals of regular hexagonal shape ~ 6-6.5 μm in size and less than 100 nm thick are formed. Electron probe microanalysis proves the elemental composition of the obtained particles - only the peaks related to oxygen and zinc were contained in the X-ray spectrum of the obtained sample. According to x-ray phase analysis, ZnO nanocrystals have a wurtzite structure.
Пример 2. В 7,06 мл дистиллированной воды растворяли 1,5 г полиэтиленоксида с молекулярной массой 1500 и 1,44 г сульфата аммония, смесь перемешивали в течение 15 минут. В водно-полимерную фазу добавили 0,5 мл 0,1М раствора сульфата цинка, в водно-солевую фазу добавили 0,2 мл 1М раствора NH3⋅H2O. Далее выдерживали при 80°С и атмосферном давлении в течение 2 ч. Полученный в межфазном слое осадок выделяли, промывали дистиллированной водой и сушили на воздухе при температуре 25°С. Метод сканирующей электронной микроскопии (Фиг. 2) показал, что при данных условиях роста образуются полые шестигранные стержни ZnO диаметром менее 100 нм и длиной до 500 нм. Электронно-зондовый микроанализ доказывает элементный состав полученных частиц - в спектре рентгеновского излучения полученного образца содержались пики, относящиеся к кислороду и цинку. Согласно рентгенофазовому анализу нанокристаллы ZnO имеют структуру вюрцита.Example 2. 1.5 g of polyethylene oxide with a molecular weight of 1500 and 1.44 g of ammonium sulfate were dissolved in 7.06 ml of distilled water, the mixture was stirred for 15 minutes. 0.5 ml of a 0.1 M solution of zinc sulfate was added to the water-polymer phase, 0.2 ml of a 1M solution of NH 3 ⋅H 2 O was added to the water-salt phase. It was then kept at 80 ° С and atmospheric pressure for 2 hours. The precipitate obtained in the interfacial layer was isolated, washed with distilled water and dried in air at a temperature of 25 ° C. Scanning electron microscopy (Fig. 2) showed that under these growth conditions, hollow hexagonal ZnO rods with a diameter of less than 100 nm and a length of up to 500 nm are formed. Electron probe microanalysis proves the elemental composition of the obtained particles - peaks related to oxygen and zinc were contained in the X-ray spectrum of the obtained sample. According to x-ray phase analysis, ZnO nanocrystals have a wurtzite structure.
Пример 3. В 7,6 мл дистиллированной воды растворяли 1,5 г полиэтиленоксида с молекулярной массой 1500 и 0,9 г сульфата натрия, смесь перемешивали в течение 15 минут. В водно-полимерную фазу добавили 0,5 мл 1М раствора сульфата цинка, в водно-солевую фазу добавили 0,2 мл 1М раствора NaOH. Далее выдерживали при 80°С и атмосферном давлении в течение 3 ч. Полученный в межфазном слое осадок выделяли, промывали дистиллированной водой и сушили на воздухе при температуре 25°С. Метод сканирующей электронной микроскопии (Фиг. 3) показал, что при данных условиях роста образуются сплошные шестигранные стержни диаметром до 100 нм и длиной до 1 мкм. Электронно-зондовый микроанализ доказывает элементный состав полученных частиц - в спектре рентгеновского излучения полученного образца содержались пики, относящиеся к кислороду и цинку. Согласно рентгенофазовому анализу нанокристаллы ZnO имеют структуру вюрцита.Example 3. 1.5 g of polyethylene oxide with a molecular weight of 1500 and 0.9 g of sodium sulfate were dissolved in 7.6 ml of distilled water, the mixture was stirred for 15 minutes. 0.5 ml of a 1M zinc sulfate solution was added to the aqueous polymer phase, 0.2 ml of a 1M NaOH solution was added to the water-salt phase. Then it was kept at 80 ° С and atmospheric pressure for 3 h. The precipitate obtained in the interfacial layer was isolated, washed with distilled water and dried in air at a temperature of 25 ° С. The method of scanning electron microscopy (Fig. 3) showed that under these growth conditions, continuous hexagonal rods with a diameter of up to 100 nm and a length of up to 1 μm are formed. Electron probe microanalysis proves the elemental composition of the obtained particles - peaks related to oxygen and zinc were contained in the X-ray spectrum of the obtained sample. According to x-ray phase analysis, ZnO nanocrystals have a wurtzite structure.
Пример 4. В 7,6 мл дистиллированной воды растворяли 1,5 г полиэтиленоксида с молекулярной массой 1500 и 0,9 г сульфата натрия, смесь перемешивали в течение 15 минут. В водно-полимерную фазу добавили 1 мл 1M раствора сульфата цинка, в водно-солевую фазу добавили 1 мл 10М раствора NaOH. Далее выдерживали при 80°С и атмосферном давлении в течение 3 ч. Полученный в межфазном слое осадок выделяли, промывали дистиллированной водой и сушили на воздухе при температуре 25°С. Метод сканирующей электронной микроскопии (Фиг. 4) показал, что при данных условиях роста образуются сплошные шестигранные стержни диаметром до 50 нм и длиной до 100 нм. Электронно-зондовый микроанализ доказывает элементный состав полученных частиц - в спектре рентгеновского излучения полученного образца содержались только пики, относящиеся к кислороду и цинку. Согласно рентгенофазовому анализу нанокристаллы ZnO имеют структуру вюрцита.Example 4. 1.5 g of polyethylene oxide with a molecular weight of 1500 and 0.9 g of sodium sulfate were dissolved in 7.6 ml of distilled water, the mixture was stirred for 15 minutes. 1 ml of 1M zinc sulfate solution was added to the water-polymer phase, 1 ml of 10M NaOH solution was added to the water-salt phase. Then it was kept at 80 ° С and atmospheric pressure for 3 h. The precipitate obtained in the interfacial layer was isolated, washed with distilled water and dried in air at a temperature of 25 ° С. Scanning electron microscopy (Fig. 4) showed that under these growth conditions, continuous hexagonal rods with a diameter of up to 50 nm and a length of up to 100 nm are formed. Electron probe microanalysis proves the elemental composition of the obtained particles - only the peaks related to oxygen and zinc were contained in the X-ray spectrum of the obtained sample. According to x-ray phase analysis, ZnO nanocrystals have a wurtzite structure.
Пример 5. В 7,06 мл дистиллированной воды растворяли 1,5 г полиэтиленоксида с молекулярной массой 1500 и 1,44 г сульфата аммония, смесь перемешивали в течение 15 минут. В водно-полимерную фазу добавили 0,4 мл 0,5М раствора сульфата меди, в водно-солевую фазу добавили 0,8 мл 10М раствора NH3⋅H2О. Далее выдерживали при 60°С и атмосферном давлении в течение 1 ч. Полученный в межфазном слое осадок выделяли, промывали дистиллированной водой и сушили на воздухе при температуре 25°С. Метод сканирующей электронной микроскопии (Фиг. 5) показал, что при данных условиях роста образуются стержни диаметром до 50 нм и длиной до 250 нм. Электронно-зондовый микроанализ доказывает элементный состав полученных частиц - в спектре рентгеновского излучения полученного образца содержались только пики, относящиеся к кислороду и меди.Example 5. 1.5 g of polyethylene oxide with a molecular weight of 1500 and 1.44 g of ammonium sulfate were dissolved in 7.06 ml of distilled water, the mixture was stirred for 15 minutes. 0.4 ml of a 0.5M solution of copper sulfate was added to the water-polymer phase, 0.8 ml of a 10M solution of NH 3 ⋅H 2 O was added to the water-salt phase. It was further kept at 60 ° С and atmospheric pressure for 1 h. The precipitate obtained in the interfacial layer was isolated, washed with distilled water and dried in air at a temperature of 25 ° C. Scanning electron microscopy (Fig. 5) showed that under these growth conditions, rods with a diameter of up to 50 nm and a length of up to 250 nm are formed. Electron probe microanalysis proves the elemental composition of the obtained particles - only the peaks related to oxygen and copper were contained in the X-ray spectrum of the obtained sample.
Пример 6. В 7,1 мл дистиллированной воды растворяли 1,5 г полиэтиленгликоля с молекулярной массой 20000 и 1,4 г сульфата натрия, смесь перемешивали в течение 15 минут. В водно-полимерную фазу добавили 0,2 мл 0,5М раствора сульфата меди, в водно-солевую фазу добавили 1 мл 1M раствора NaOH. Далее выдерживали при 60°С и атмосферном давлении в течение 1 ч. Полученный в межфазном слое осадок выделяли, промывали дистиллированной водой и сушили на воздухе при температуре 25°С. Метод сканирующей электронной микроскопии (Фиг. 6) показал, что при данных условиях роста образуются слоистые структуры, состоящие из стержней размером до 100 нм. Электронно-зондовый микроанализ доказывает элементный состав полученных частиц - в спектре рентгеновского излучения полученного образца содержались только пики, относящиеся к кислороду и меди.Example 6. 1.5 g of polyethylene glycol with a molecular weight of 20,000 and 1.4 g of sodium sulfate were dissolved in 7.1 ml of distilled water, the mixture was stirred for 15 minutes. 0.2 ml of a 0.5M solution of copper sulfate was added to the water-polymer phase, 1 ml of a 1M solution of NaOH was added to the water-salt phase. Then it was kept at 60 ° С and atmospheric pressure for 1 h. The precipitate obtained in the interfacial layer was isolated, washed with distilled water and dried in air at a temperature of 25 ° С. Scanning electron microscopy (Fig. 6) showed that under these growth conditions, layered structures are formed consisting of rods up to 100 nm in size. Electron probe microanalysis proves the elemental composition of the obtained particles - only the peaks related to oxygen and copper were contained in the X-ray spectrum of the obtained sample.
Предложенное изобретение позволяет получать простым, доступным и экономичным экстракционным способом наноразмерные кристаллы оксидов металлов заданной морфологии без использования токсичных, горючих и взрывоопасных органических растворителей.The proposed invention allows to obtain a simple, affordable and economical extraction method of nanosized crystals of metal oxides of a given morphology without the use of toxic, combustible and explosive organic solvents.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016129244A RU2625877C1 (en) | 2016-07-18 | 2016-07-18 | Extraction method of obtaining nanodimensional crystals of metal oxides |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016129244A RU2625877C1 (en) | 2016-07-18 | 2016-07-18 | Extraction method of obtaining nanodimensional crystals of metal oxides |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2625877C1 true RU2625877C1 (en) | 2017-07-19 |
Family
ID=59495514
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2016129244A RU2625877C1 (en) | 2016-07-18 | 2016-07-18 | Extraction method of obtaining nanodimensional crystals of metal oxides |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2625877C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2736477C1 (en) * | 2019-10-17 | 2020-11-17 | Общество с ограниченной ответственностью "Центр изучения и исследования нефти" | Method of extracting noble metals from multicomponent solutions |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2194666C2 (en) * | 1996-11-18 | 2002-12-20 | Дзе Юниверсити оф Коннектикут | Nanostructural oxides and hydroxides and methods of their synthesis |
| US20080305025A1 (en) * | 2005-12-27 | 2008-12-11 | Joma International As | Methods for Production of Metal Oxide Nano Particles, and Nano Particles and Preparations Produced Thereby |
| RU2442751C1 (en) * | 2010-11-08 | 2012-02-20 | Учреждение Российской академии наук Институт проблем химико-энергетических технологий Сибирского отделения РАН (ИПХЭТ СО РАН) | Way to get nanosized particles of copper oxide |
| EA016985B1 (en) * | 2006-07-13 | 2012-08-30 | Зюд-Хеми Аг | Method for the production of nanocrystalline metal oxide particles |
-
2016
- 2016-07-18 RU RU2016129244A patent/RU2625877C1/en active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2194666C2 (en) * | 1996-11-18 | 2002-12-20 | Дзе Юниверсити оф Коннектикут | Nanostructural oxides and hydroxides and methods of their synthesis |
| US20080305025A1 (en) * | 2005-12-27 | 2008-12-11 | Joma International As | Methods for Production of Metal Oxide Nano Particles, and Nano Particles and Preparations Produced Thereby |
| EA016985B1 (en) * | 2006-07-13 | 2012-08-30 | Зюд-Хеми Аг | Method for the production of nanocrystalline metal oxide particles |
| RU2442751C1 (en) * | 2010-11-08 | 2012-02-20 | Учреждение Российской академии наук Институт проблем химико-энергетических технологий Сибирского отделения РАН (ИПХЭТ СО РАН) | Way to get nanosized particles of copper oxide |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| CHEN Н. et al., Low-temperature solution synthesis of CuO nanorods with thin diameter, Materials Letters, 2013, v. 93, pp. 60-63. * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2736477C1 (en) * | 2019-10-17 | 2020-11-17 | Общество с ограниченной ответственностью "Центр изучения и исследования нефти" | Method of extracting noble metals from multicomponent solutions |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Cai et al. | 1, 3-Diamino-2-hydroxypropane-N, N, N′, N′-tetraacetic acid stabilized amorphous calcium carbonate: Nucleation, transformation and crystal growth | |
| Zhou et al. | Formation of aragonite mesocrystals and implication for biomineralization | |
| Baviskar et al. | Controlled synthesis of ZnO nanostructures with assorted morphologies via simple solution chemistry | |
| Zhou et al. | Probing structure− parameter correlations in the molten salt synthesis of BaZrO3 perovskite submicrometer-sized particles | |
| Xu et al. | Self-assembled structures of CuO primary crystals synthesized from Cu (CH 3 COO) 2–NaOH aqueous systems | |
| Davarpanah et al. | Synthesis of copper (II) oxide (CuO) nanoparticles and its application as gas sensor | |
| Waltz et al. | Evolution of the morphologies of zinc oxide mesocrystals under the influence of natural polysaccharides | |
| Panigrahy et al. | Polymer-mediated shape-selective synthesis of ZnO nanostructures using a single-step aqueous approach | |
| Alhawi et al. | Hydrothermal synthesis of zinc carbonate hydroxide nanoparticles | |
| Qu et al. | Synthesis of octahedral ZnO mesoscale superstructures via thermal decomposing octahedral zinc hydroxide precursors | |
| Salahuddin et al. | Synthesis and characterization of ZnO nanotubes by hydrothermal method | |
| Nor et al. | Synthesis of TiO2 nanowires via hydrothermal method | |
| Selim et al. | Controlled-surfactant-directed solvothermal synthesis of γ-Al2O3 nanorods through a boehmite precursor route | |
| Yu et al. | Sol–gel synthesis and hydrothermal processing of anatase nanocrystals from titanium n-butoxide | |
| Bamiduro et al. | Hierarchical growth of ZnO particles by a hydrothermal route | |
| RU2625877C1 (en) | Extraction method of obtaining nanodimensional crystals of metal oxides | |
| Ye et al. | Microemulsion-assisted hydrothermal preparation and infrared radiation property of TiO2 nanomaterials with tunable morphologies and crystal form | |
| Chayed et al. | Optical band gap energies of magnesium oxide (MgO) thin film and spherical nanostructures | |
| Gao et al. | Morphological evolution of flower-like ZnO microstructures and their gas sensing properties | |
| Ma et al. | Microwave-assisted solvothermal synthesis and growth mechanism of WO 3·(H 2 O) 0.33 hierarchical microstructures | |
| Corr et al. | Spontaneously formed porous and composite materials | |
| WO2013141829A2 (en) | Cerium oxide - aluminosilicate tubes nanocomposite and method of preparation | |
| Haq et al. | Synthesis and characterization of monodispersed copper oxide and their precursor powder | |
| Wei et al. | Effects of Deposition Parameters of Hydrothermal Method on Synthesis of ZnO-based Nanowires. | |
| Vernon et al. | 3D photoluminescent lanthanide-doped barium titanate structures synthesized by coating and shape-preserving reaction of complex-shaped bioorganic templates |