RU2688755C2 - Способ получения беспримесных водных коллоидных растворов кристаллических наночастиц триоксида вольфрама - Google Patents

Способ получения беспримесных водных коллоидных растворов кристаллических наночастиц триоксида вольфрама Download PDF

Info

Publication number
RU2688755C2
RU2688755C2 RU2017106592A RU2017106592A RU2688755C2 RU 2688755 C2 RU2688755 C2 RU 2688755C2 RU 2017106592 A RU2017106592 A RU 2017106592A RU 2017106592 A RU2017106592 A RU 2017106592A RU 2688755 C2 RU2688755 C2 RU 2688755C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
tungsten trioxide
colloidal solutions
annealing
aqueous colloidal
nanoparticles
Prior art date
Application number
RU2017106592A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2017106592A (ru
RU2017106592A3 (ru
Inventor
Владимир Константинович Иванов
Александр Евгеньевич Баранчиков
Антон Леонидович Попов
Таисия Олеговна Шекунова
Хурсанд Эльмуродович Ёров
Алексей Дмитриевич Япрынцев
Полина Григорьевна Рудаковская
Ольга Максимовна Гайтко
Ольга Сергеевна Иванова
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова Российской академии наук (ИОНХ РАН)
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 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова Российской академии наук (ИОНХ РАН) filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова Российской академии наук (ИОНХ РАН)
Priority to RU2017106592A priority Critical patent/RU2688755C2/ru
Publication of RU2017106592A publication Critical patent/RU2017106592A/ru
Publication of RU2017106592A3 publication Critical patent/RU2017106592A3/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2688755C2 publication Critical patent/RU2688755C2/ru

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01GCOMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
    • C01G41/00Compounds of tungsten
    • C01G41/02Oxides; Hydroxides
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82BNANOSTRUCTURES FORMED BY MANIPULATION OF INDIVIDUAL ATOMS, MOLECULES, OR LIMITED COLLECTIONS OF ATOMS OR MOLECULES AS DISCRETE UNITS; MANUFACTURE OR TREATMENT THEREOF
    • B82B3/00Manufacture or treatment of nanostructures by manipulation of individual atoms or molecules, or limited collections of atoms or molecules as discrete units

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
  • Colloid Chemistry (AREA)

Abstract

Изобретение относится к области химической технологии, а именно к способам получения водных коллоидных растворов золей наночастиц соединений переходных металлов, а именно коллоидных растворов триоксида вольфрама, которые могут быть использованы для получения защитных покрытий, катализаторов, красителей, композитов и применяться в других областях, где есть потребность в таких растворах. Предложен cпособ получения беспримесных водных коллоидных растворов кристаллических наночастиц триоксида вольфрама, включающий отжиг паравольфрамата аммония при температурах 550÷800°С в течение 10÷120 мин в открытой емкости, охлаждение продукта отжига до 20÷25°С, приготовление водной суспензии продукта отжига в дистиллированной воде, ультразвуковую обработку полученной водной суспензии в течение 1÷3 ч. Технический результат состоит в получение водных коллоидных растворов кристаллических наночастиц WOвысокой степени чистоты. 4 ил., 3 пр.

Description

Изобретение относится к области химической технологии, а именно к способам получения водных коллоидных растворов (золей) наночастиц соединений переходных металлов, а именно коллоидных растворов триоксида вольфрама, которые могут быть использованы для получения защитных покрытий, катализаторов, красителей, композитов и применяться в других областях, где есть потребность в таких растворах.
Нанодисперсный триоксид вольфрама - перспективный материал для химической промышленности. При переходе в нанокристаллическое состояние у этого оксида появляются необычные для крупнокристаллического состояния свойства, например, газохромные, электрохромные, фотохромные, сверхпроводниковые [С. Santato, М. Odziemkowski, М. Ulmann, and J. Augustynski. Crystallographically Oriented Mesoporous WO3 Films: Synthesis, Characterization, and Applications // J. Am. Chem. Soc. 2001, 123, 10639-10649].
В настоящее время известны методы получения триоксида вольфрама в порошкообразном состоянии, например, в [P.J. Hwan, K.Y. Jin, P.S. Min, L.J. Won, K.R. Kwon. Manufacturing method of high purity tungsten trioxide powder using waste hard metal and tungsten trioxide manufactured by the method. KR 20100024032, Publication Date: 05.03.2010] описывается способ получения триоксида вольфрама путем обезуглероживания карбида вольфрама, в [Chang-Hoon Shin, et. al. A Study on the Preparation of Tungsten Oxide powders Using Emulsion Evaporation Methods // J. of the Korean Cer. Soc., 1998, V. 35, №.6, 543] раскрывается способ изготовления триоксида вольфрама методом испарения эмульсии. Также используют золь-гель метод, гидротермальный, электрохимическое анодирование, электрохимическое осаждение [Н. Zheng, J.Z. Ou, M.S. Strano, R.B. Kaner, A. Mitchell, and K. Kalantar-zadeh. Nanostructured Tungsten Oxide - Properties, Synthesis, and Applications Adv. Fund. Mater. 2011, 21, 2175-2196].
Недостатками предлагаемых методов является низкая чистота получаемого продукта, гидратированность поверхности, присутствие аморфной фазы, а также необходимость использования специального оборудования.
Таким образом, существует много методов получения триоксида вольфрама в порошкообразном виде, но практически отсутствуют данные о методах синтеза коллоидных растворов кристаллических наночастиц WO3, которые востребованы в химической технологии, в частности, необходимы для нанесения на поверхность разнообразных носителей для применения в газовых сенсорах, электрохромных устройствах, катализаторах [А.В. Александров, Н.Н. Гаврилова. Влияние условий синтеза на коллоидно-химические свойства гидрозолей триоксида вольфрама // Успехи в химии и химической технологии. 2013, Т. XXVII, №2, 47-55].
На данный момент известно несколько методов получения коллоидных растворов, включающих триоксид вольфрама и другие оксиды металлов. Например, в патенте [С. Wen, Z. Quanrao, Y. Ying, Z. Jing, J. Aiping, V. Volkove, G. Zahanawa. Method for preparing stable sol of composite oxides of vanadium and tungsten. CN 101049970, Publication Date: 10.10.2007] описывается технология получения золей V2O5-WO3 в гидротермальной установке, а в патенте [I. Hiroyuki. Tungsten oxide-containing titanium oxide sol, method of manufacturing the same, coating material and optical functional body. JP 4507066, Publication Date: 21.07.2010] раскрывается способ получения золя триоксида вольфрама, содержащего диоксид титана, путем термической обработки раствора, состоящего из геля титановой кислоты, аммиака и соединения вольфрама.
Основным недостатком предложенных методов является то, что в системе присутствуют посторонние элементы и примеси.
В качестве еще одного способа получения коллоидных растворов триоксида вольфрама используют метод пептизации. Так, известен способ получения коллоидного раствора нанокристаллического триоксида вольфрама [А.И. Недоступ, А.В. Александров, Н.Н. Гаврилова. Синтез золей триоксида вольфрама, стабилизированных неионогенным ПАВ SURFYNOL 465 // Успехи в химии и химической технологии. Т. XXVIII. 2014, №2, 120-122], в котором в качестве прекурсоров используют паравольфрамат аммония (NH4)10W12O41⋅xH2O, соляную кислоту HCl, неионогенный ПАВ Surfynol 465 (этоксилат). Сущность синтеза заключается в том, что триоксид вольфрама осаждали из раствора паравольфрамата аммония (ПВА) (VПBA=50 мл) раствором соляной кислоты при мольном соотношении [H+]/[W6+], равном 24,5. Концентрацию ПВА поддерживали в пределах от 0,26 до 7,00 ммоль/л. Осаждение проводили при интенсивном перемешивании. Температуру синтеза варьировали от 20 до 80°С. Полученный осадок отфильтровывали и промывали на воронке Бюхнера дистиллированной водой с целью удаления электролита. Согласно данным рентгенофазового анализа, при температурах ниже 70°С получаемый осадок являлся рентгеноаморфным, а при температурах 70-80°С - кристаллическим. Фазовый состав частиц получаемого в этих условиях осадка соответствовал WO3⋅2H2O. Отмытый осадок диспергировали ультразвуком в растворах стабилизатора - неионногенного ПАВ Surfynol 465 с концентрацией от 1 до 5 (в единицах ККМ), при величинах рН от 1 до 8. Величину рН регулировали добавлением растворов HCl или NaOH. Ультразвуковую обработку проводили на приборе УЗДН-А, время обработки составляло 2 минуты. Образование устойчивых золей триоксида вольфрама наблюдалось лишь при pH=3 и концентрациях стабилизатора в диапазоне 1-2 ККМ.
Данный способ был выбран в качестве прототипа.
Недостатком прототипа является то, что в результате осаждения при невысоких температурах образуется незакристаллизованный продукт, а при температурах 70-80°С - гидратированная форма триоксида вольфрама.
Еще одним недостатком является то, что золи триоксида вольфрама получают только в кислой среде, при этом в системе присутствуют посторонние хлорид-анионы.
Изобретение направлено на изыскание способа получения беспримесных водных коллоидных растворов кристаллических наночастиц WO3, что позволяет использовать их в различных областях химии, в частности, электрохимии.
Технический результат достигается тем, что предложен способ получения беспримесных водных коллоидных растворов кристаллических наночастиц триоксида вольфрама, включающий отжиг паравольфрамата аммония при температурах 550÷800°С в течение 10÷120 мин в открытой емкости, охлаждение продукта отжига до 20÷25°С, приготовление водной суспензии продукта отжига в дистиллированной воде, ультразвуковую обработку полученной водной суспензии в течение 1÷3 ч.
Изобретение проиллюстрировано следующими фигурами.
Фиг. 1. Результаты дифференциально-термического (красная кривая) и термогравиметрического анализа для исходного паравольфрамата аммония.
Фиг. 2. Рентгенограмма продукта отжига паравольфрамата аммония при температуре 700°С и продолжительности 60 мин.
Фиг. 3. Микрофотография продукта отжига паравольфрамата аммония при температуре 700°С и продолжительности 60 мин после ультразвуковой обработки в течение 3 ч.
Фиг. 4. Данные динамического светорассеяния для водного коллоидного раствора триоксида вольфрама, полученного ультразвуковой обработкой в течение 3 ч водной суспензии продукта отжига паравольфрамата аммония при температуре 700°С и продолжительности 60 мин.
Температура отжига выбрана из тех соображений, что при температуре менее 550°С кристаллизация триоксида вольфрама происходит не в полной мере и разложение исходного паравольфрамата аммония происходит не полностью, что показано на Фиг. 1, а при температуре свыше 800°С наблюдается формирование частиц с большим размером.
Продолжительность отжига при заданной температуре обусловлена тем, что продолжительности менее 10 мин недостаточно для образования беспримесного триоксида вольфрама, а увеличение продолжительности отжига свыше 120 мин не оказывает существенного влияния на достижение технического результата.
Охлаждение продукта отжига проводят до температур 20÷25°С, поскольку это стандартный диапазон комнатной температуры.
Продолжительность ультразвуковой обработки обусловлена тем, что при времени обработки менее 1 ч не образуется водный коллоидный раствор наночастиц WO3, а увеличение времени обработки более 3 ч не оказывает существенного влияния на достижение технического результата.
Ультразвуковую обработку проводили на приборе Bandelin Sonoplus 3200, частотой 21±1 кГц.
Сущность изобретения заключается в том, что на первом этапе синтеза использовано термическое разложение паравольфрамата аммония в результате которого образуются беспримесные кристаллические агрегаты частиц WO3, а на последнем этапе использована ультразвуковая обработка водной суспензии продукта отжига, что приводит к разрушению агрегатов триоксида вольфрама и образованию водного коллоидного раствора беспримесных кристаллических наночастиц триоксида вольфрама.
Ниже приведены примеры иллюстрирующие, но не ограничивающие предложенный способ.
Пример. 1.
Отжигали навеску паравольфрамата аммония в муфельной печи в открытом алундовом тигле при температуре 700°С и продолжительности 60 мин. Полученный продукт представлял собой беспримесный однофазный кристаллический продукт WO3 [PDF2 №43-1035], что проиллюстрировано Фиг. 2., со средним размером частиц в агрегатах около 90 нм. Далее отожженный образец остужали до комнатной температуры и готовили его водную суспензию, которую затем подвергали ультразвуковой обработке в течение 3 ч и в результате получали беспримесный водный коллоидный раствор кристаллических наночастиц WO3, преимущественно с размером 85 нм, что показано на Фиг. 3 и Фиг. 4.
Пример 2.
По примеру 1, отличающийся тем, что температура отжига составляла 800°С, продолжительность отжига составляла 10 мин. Полученный продукт представлял собой беспримесный однофазный кристаллический продукт WO3 [PDF2 №43-1035] со средним размером частиц в агрегатах около 95 нм. Далее отожженный образец остужали до комнатной температуры и готовили его водную суспензию, которую затем подвергали ультразвуковой обработке в течение 2 ч и в результате получали беспримесный водный коллоидный раствор кристаллических наночастиц WO3, преимущественно с размером 90 нм.
Пример 3.
По примеру 1, отличающийся тем, что температура отжига составляла 550°С, продолжительность отжига составляла 120 мин. Полученный продукт представлял собой беспримесный однофазный кристаллический продукт WO3 [PDF2 №43-1035] со средним размером частиц в агрегатах около 80 нм. Далее отожженный образец остужали до комнатной температуры и готовили его водную суспензию, которую затем подвергали ультразвуковой обработке в течение 1 ч и в результате получали беспримесный водный коллоидный раствор кристаллических наночастиц WO3, преимущественно с размером 80 нм.
Предложенный способ позволяет получать беспримесные водные коллоидные растворы кристаллических наночастиц WO3, что дает возможность их использования в различных областях химии, например в электрохимии.

Claims (1)

  1. Способ получения беспримесных водных коллоидных растворов кристаллических наночастиц триоксида вольфрама, включающий отжиг паравольфрамата аммония при температурах 550÷800°С в течение 10÷120 мин в открытой емкости, охлаждение продукта отжига до 20÷25°С, приготовление водной суспензии продукта отжига в дистиллированной воде, ультразвуковую обработку полученной водной суспензии в течение 1÷3 ч.
RU2017106592A 2017-02-28 2017-02-28 Способ получения беспримесных водных коллоидных растворов кристаллических наночастиц триоксида вольфрама RU2688755C2 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017106592A RU2688755C2 (ru) 2017-02-28 2017-02-28 Способ получения беспримесных водных коллоидных растворов кристаллических наночастиц триоксида вольфрама

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017106592A RU2688755C2 (ru) 2017-02-28 2017-02-28 Способ получения беспримесных водных коллоидных растворов кристаллических наночастиц триоксида вольфрама

Publications (3)

Publication Number Publication Date
RU2017106592A RU2017106592A (ru) 2019-01-30
RU2017106592A3 RU2017106592A3 (ru) 2019-03-27
RU2688755C2 true RU2688755C2 (ru) 2019-05-22

Family

ID=65270689

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017106592A RU2688755C2 (ru) 2017-02-28 2017-02-28 Способ получения беспримесных водных коллоидных растворов кристаллических наночастиц триоксида вольфрама

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2688755C2 (ru)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5970147B2 (ja) * 2004-10-21 2016-08-17 コミッサリア ア レネルジー アトミーク エ オ ゼネルジ ザルタナテイヴ ナノ構造コーティング及びコーティング方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5970147B2 (ja) * 2004-10-21 2016-08-17 コミッサリア ア レネルジー アトミーク エ オ ゼネルジ ザルタナテイヴ ナノ構造コーティング及びコーティング方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Electrical Properties of Nanocrystalline Tungsten Trioxide, Laszlo B Kish, MRS Proceedings, 1999, 15-20. *
Synthesis of tungsten oxide nanoparticles using a hydrothermal method at ambient pressure, Majid Ahmadi et al, Journal of Materials Research, 2014, 29, 13, 1424-1430. *
Synthesis of tungsten oxide nanoparticles using a hydrothermal method at ambient pressure, Majid Ahmadi et al, Journal of Materials Research, 2014, 29, 13, 1424-1430. Electrical Properties of Nanocrystalline Tungsten Trioxide, Laszlo B Kish, MRS Proceedings, 1999, 15-20. *

Also Published As

Publication number Publication date
RU2017106592A (ru) 2019-01-30
RU2017106592A3 (ru) 2019-03-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Leyva-Porras et al. Low-temperature synthesis and characterization of anatase TiO2 nanoparticles by an acid assisted sol–gel method
Lak et al. Self‐assembly of dandelion‐like hydroxyapatite nanostructures via hydrothermal method
Uekawa et al. Low-temperature synthesis of niobium oxide nanoparticles from peroxo niobic acid sol
Mohammadijoo et al. Synthesis and characterization of nickel oxide nanoparticle with wide band gap energy prepared via thermochemical processing
Attar et al. Fabrication and growth mechanism of single-crystalline rutile TiO2 nanowires by liquid-phase deposition process in a porous alumina template
Shao et al. Two step synthesis of a mesoporous titania–silica composite from titanium oxychloride and sodium silicate
EP3656740B1 (en) Method for producing titanium oxide fine particles
JP4997569B2 (ja) ナノ結晶集積TiO2及びその作製方法
Sundharam et al. Effect of ultrasonication on the synthesis of barium oxide nanoparticles
Maheswari et al. Phase tuning of zirconia nanocrystals by varying the surfactant and alkaline mineralizer
Kumar et al. Growth of novel ZnO nanostructures by soft chemical routes
Zou et al. One-step rapid hydrothermal synthesis of monoclinic VO 2 nanoparticles with high precursors concentration
Susanti et al. Comparison of the morphology and structure of WO 3 nanomaterials synthesized by a sol-gel method followed by calcination or hydrothermal treatment
Myint et al. The effect of heat treatment on phase transformation and morphology of nano-crystalline titanium dioxide (TiO2)
Chayed et al. Optical band gap energies of magnesium oxide (MgO) thin film and spherical nanostructures
Vinogradov et al. Low-temperature sol–gel synthesis of nanosized pseudobrookite crystals without heat treatment
JP7145506B2 (ja) 二酸化バナジウム粒子の製造方法
Wang et al. Phase-controlled preparation of TiO2 films and micro (nano) spheres by low-temperature chemical bath deposition
Kwon et al. Synthesis of Au/TiO2 core–shell nanoparticles from titanium isopropoxide and thermal resistance effect of TiO2 shell
RU2688755C2 (ru) Способ получения беспримесных водных коллоидных растворов кристаллических наночастиц триоксида вольфрама
JP7116473B2 (ja) バナジウム酸化物のリボン状ナノ構造体及びその製造方法、バナジウム酸化物の薄片状ナノ構造体を含む水溶液の製造方法、並びにバナジウム酸化物ナノ粒子の製造方法
Hegazy et al. ICMMS-2: Synthesis and Characterization of ZnO Nanoparticles in Presence of Triethanolamine (TEA) as Surfactant Via Sol-Gel
Ullah et al. Zinc Oxide Nanostructures of Controlled Morphology Prepared from Single Source Precursors by Wet Chemical Route.
Jouenne et al. Low-temperature synthesis and electrophoretic deposition of shape-controlled titanium dioxide nanocrystals
Muñiz-Serrato et al. Nanostructuring anatase through the addition of acetic acid by the sol–gel low temperature aqueous processing