專利名稱：一種正交相三氧化鉬納米線的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于三氧化鉬納米材料的制備技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及非溶劑熱條件下正交相三 氧化鉬納米線的液相化學(xué)制備方法。
背景技術(shù)：
三氧化鉬納米材料由于其較小的尺寸、較大的比表面積和高的反應(yīng)活性，在催化、 光學(xué)、傳感、電化學(xué)等領(lǐng)域都有著重要應(yīng)用。三氧化鉬主要有正交、六方和單斜三種晶 相，其中正交相三氧化鉬是熱力學(xué)穩(wěn)定相，因而應(yīng)用最為廣泛?，F(xiàn)有合成正交相三氧化 鉬納米線的方法主要有靜電紡絲法、化學(xué)氣相沉積法、模板法、溶劑熱法等。但是這些 方法都不同程度地存在著操作工藝復(fù)雜、歩驟繁多、制備過程耗時長、耗能高等不足。
美國《材料石開究》雜志(Journal of Materials Research, Electrospun single-crystal M0O3 nanowires for biochemistry sensing probes, 2006年第21巻第2904-2910頁)報道了采用靜 電紡絲的方法制備三氧化鉬納米線，但該方法需要特殊的靜電紡絲裝置，投資較大，成本 較高。
美國《應(yīng)用物理快報》雜志(Applied Physics Letters, Synthesis and field-emission properties of aligned Mo03 nanowires, 2003年第83巻第2653-2655頁)報道了采用化學(xué)氣 相沉積結(jié)合氧化的方法制備三氧化鉬納米線，但該方法不僅需要特殊的氣相沉積裝置, 且操作歩驟較多。
美國《物理化學(xué)》雜志(Journal of Physical Chemistry C, Synthesis and characterization of anisotropic uniform single crystal a-Mo03 nanostructures， 2006年第111巻第2401-2408頁)
報道了將鉬酸銨溶解在過氧化氫溶液中，然后再進(jìn)行溶劑熱處理制備三氧化鉬納米線的 方法。該方法需要長時間的溶解和溶劑熱處理過程，費(fèi)時耗能。
中國專利號02104181.4提出的《一種合成三氧化鉬單晶納米帶的方法》采用水熱處 理高氯酸酸化后的鉬酸鹽溶液的方法制備正交相三氧化鉬納米帶，這種方法不僅需要水 熱處理，而且需要嚴(yán)格控制溶液的氫離子濃度及酸的滴加速度，且必須選用可溶性鉬酸 鹽，適用性不廣。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種正交相三氧化鉬納米線的制備方法，以在常溫常壓的液相 條件下簡便高效地制備正交相三氧化鉬納米線。
本發(fā)明的正交相三氧化鉬納米線的制備方法，其特征在于將鉬酸鹽、鉬酸或三氧 化鉬溶解在乙二胺濃度為0.2~6mol/L的水溶液中，使鉬原子與乙二胺的摩爾比在1:1 6, 然后在攪拌的條件下逐滴加入氫離子濃度為0.5~3.0 mol/L的強(qiáng)酸溶液至體系的pH值在 4 5，將溶液繼續(xù)攪拌10~30 min，然后將白色沉淀抽濾、洗滌、干燥，即得到正交相三 氧化鉬納米線。
3根據(jù)反應(yīng)的原料配比不同，制備過程一般可在20 60 min內(nèi)結(jié)束。 所述鉬酸鹽可選用鉬酸鈉、鉬酸鉀或鉬酸銨； 所述強(qiáng)酸可選用鹽酸、硫酸或高氯酸。
本發(fā)明是在現(xiàn)有溶劑熱法制備三氧化鉬納米材料的基礎(chǔ)上，對反應(yīng)條件進(jìn)行了改進(jìn)， 通過加入乙二胺溶劑，不僅增強(qiáng)了對原料的選擇性，使可溶性的鉬酸鹽和不可溶的鉬酸 及三氧化鉬都可以作為制備的原料，同時乙二胺和酸之間反應(yīng)自身所產(chǎn)生的熱量可以作 為三氧化鉬晶體生長的能量，不需要外界水熱處理，節(jié)約了能源；此外，乙二胺作為一種 強(qiáng)配位劑，還可以對三氧化鉬納米線生長起到導(dǎo)向作用，不需要加入任何表面活性劑。 該反應(yīng)可在常溫常壓下60min之內(nèi)完成，產(chǎn)率高達(dá)99%以上；本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)中 反應(yīng)需要進(jìn)行長時間熱處理和嚴(yán)格控制酸的滴加速度等不足，設(shè)備簡單，工藝方便，安 全，反應(yīng)條件易于控制。
本發(fā)明所采用的原料價廉、易得，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定；反應(yīng)重復(fù)性好，且可在常溫常壓 下進(jìn)行，可大量節(jié)省能量，適用于大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)；反應(yīng)后的含乙二胺的母液可重復(fù)利 用，后處理簡單，環(huán)境影響小。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1:以鉬酸為原料制備三氧化鉬納米線
將12 mmol的一水合鉬酸(H2Mo(VH20)溶于34 ml濃度為4 mol'L"的乙二胺水溶液 中，在磁力攪拌下逐滴加入6 mol丄—1的鹽酸溶液直至體系的pH值為4.5,溶液中出現(xiàn)大 量白色沉淀；繼續(xù)攪拌15分鐘后，將反應(yīng)混合物抽濾分離，固體粉末用蒸餾水多次洗滌， 在120 °C干燥，得到白色干燥粉末。
經(jīng)X-射線衍射證明，該白色粉末是純正交相三氧化鉬；掃描電鏡表征顯示樣品由納 米線組成，直徑為200-300 nm,長度為20 30 pm，電子衍射花樣表明納米線為沿[OOl] 方向生長的單晶。
將所制備的三氧化鉬納米線與碳粉以19:1的質(zhì)量比混合后，涂在泡沫鎳極片上，插 入5mol/L的KOH水溶液中，制成雙電層電容器，其循環(huán)容量可以達(dá)到386 Ff1,遠(yuǎn)高于 同等條件下試劑級三氧化鉬的循環(huán)容量(142 Ff1),表明該三氧化鉬納米線在電容材料上 有潛在的應(yīng)用價值。
實(shí)施例2:以三氧化鉬試劑粉末為原料制備三氧化鉬納米線
將20 mmol的試劑級三氧化鉬溶于40 ml濃度為2 moI丄—1的乙二胺水溶液中，在磁 力攪拌下逐滴加入4 mol七—'的硫酸溶液直至體系的pH值為4，繼續(xù)攪拌20分鐘后，將 混合物抽濾分離，固體粉末用蒸餾水多次洗滌，在120。C干燥，得到白色纖維狀粉末。
經(jīng)X-射線衍射證明，該白色粉末是純正交相三氧化鉬；掃描電鏡表征顯示樣品由納 米線組成，直徑為200 300 nm,長度為30 40 pm，電子衍射花樣表明納米線為沿[OOl] 方向生長的單晶。
將所制備的三氧化鉬納米線在300 。C熱處理除去水分后，再與碳粉以19:1的質(zhì)量比
混合后涂在鋁箔上制備成m極極片，以金屬鋰片作為負(fù)極極片，以溶解有六氟磷酸鋰的碳酸乙烯酯為電解質(zhì)，制成鋰離子電池，測試其充放電容量可達(dá)到292 mAh.g人顯示了 其作為鋰離子電池正極材料的應(yīng)用前景。
實(shí)施例3:以鉬酸鉀為原料制備三氧化鉬納米線
取實(shí)施例1中分離產(chǎn)物后的母液40 ml,加入9 ml水和2 ml乙二胺，攪拌均勻；再 加入10mmol鉬酸鉀，攪拌至澄清；在磁力攪拌下逐滴加入3mol.U'的高氯酸溶液，直 至體系的pH值為5，即停止滴加。溶液中出現(xiàn)大量白色沉淀，繼續(xù)攪拌20分鐘后，將混 合物抽濾分離，固體粉末用蒸餾水多次洗滌，在120。C干燥，得到白色纖維狀粉末。
經(jīng)X-射線衍射證明，該白色粉水是純正交相三氧化鉬；掃描電鏡表征顯示樣品由納 米線組成，直徑為250~300 nm，長度為30~40 pm，電子衍射花樣表明納米線為沿[OOl] 方向生長的單晶。
本實(shí)施例中利用了實(shí)施例1中反應(yīng)過后的母液，可節(jié)省反應(yīng)原料，降低生產(chǎn)成本， 減小對環(huán)境的影響。
實(shí)施例4:以鉬酸銨為原料制備三氧化鉬納米線
將20 mmol的二水合鉬酸銨溶于40 ml乙二胺濃度為1 mol'I/1的水溶液中，在磁力 攪拌下逐滴加入1 mol'L—'的硫酸溶液，至體系的pH值為4.8，溶液中出現(xiàn)大量白色沉淀， 繼續(xù)攪拌30分鐘后，將混合物抽濾分離，固體粉末用蒸餾水多次洗滌，在120。C干燥， 得到白色纖維狀粉末。
經(jīng)X-射線衍射證明，該白色粉術(shù)是純正交相三氧化鉬；掃描電鏡表征顯示樣品由納 米線組成，直徑為200~300 nm,長度為25~30 pm，電子衍射花樣表明納米線為沿[OOl] 方向生長的單晶。
權(quán)利要求
1、一種正交相三氧化鉬納米線的制備方法，其特征在于將鉬酸鹽、鉬酸或三氧化鉬溶解在乙二胺濃度為0.2～6mol/L的水溶液中，使鉬原子與乙二胺的摩爾比在1∶1～6，然后在攪拌的條件下逐滴加入氫離子濃度為0.5～3.0mol/L的強(qiáng)酸溶液至體系的pH值在4～5，將溶液繼續(xù)攪拌10～30min，然后將白色沉淀抽濾、洗滌、干燥，即得到正交相三氧化鉬納米線。
2、 如權(quán)利要求1所述正交相三氧化鉬納米線的制備方法，特征在于所述鉬酸鹽選用 鉬酸鈉、鉬酸鉀或鉬酸銨。
3、 如權(quán)利要求1所述正交相三氧化鉬納米線的制備方法，特征在于所述強(qiáng)酸選用鹽 酸、硫酸或高氯酸。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種正交相三氧化鉬納米線的制備方法，其特征在于將鉬酸鹽、鉬酸或三氧化鉬溶解在乙二胺濃度為0.2～6mol/L的水溶液中，使鉬原子與乙二胺的摩爾比在1∶1～6，然后在攪拌的條件下逐滴加入氫離子濃度為0.5～3.0mol/L的強(qiáng)酸溶液至體系的pH值在4～5，將溶液繼續(xù)攪拌10～30min，然后將白色沉淀抽濾、洗滌、干燥，即得到白色的直徑在100～400nm、長度在10～40μm的正交相單晶納米線。本發(fā)明原料價廉易得，所需設(shè)備簡單、工藝方便，反應(yīng)可在常溫常壓下一小時之內(nèi)完成，安全易控，節(jié)能省時；產(chǎn)率達(dá)到99％以上，母液可重復(fù)利用，適用于大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)。
文檔編號C01G39/00GK101423254SQ20081023529
公開日2009年5月6日 申請日期2008年11月14日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月14日
發(fā)明者倪小敏, 廖光煊, 戚邦華, 鄭化桂 申請人:中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)