專利名稱：一種制備正交相單晶納米帶結(jié)構(gòu)三氧化鉬材料的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于無機(jī)非金屬納米材料與納米技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種三氧化鉬材料的制備 方法，具體涉及一種制備正交相單晶納米帶結(jié)構(gòu)三氧化鉬材料的方法。
背景技術(shù)：
正交相臨03納米材料(α-Μο03)，屬于寬禁帶半導(dǎo)體(Eg=3.05eV)，是由畸變 [MoO6]八面體在一個方向上共邊相連，在另一個方向上共頂點(diǎn)相連形成一個二維無限伸展 的平面層，層與層之間通過弱的范德華力結(jié)合。正交相MoO3納米帶具有顯著的場發(fā)射性能、 光致發(fā)光性能、光致變色性能、電致變色性能、可逆光色性能、氣敏性能、阻燃和抑煙性能， 在催化劑材料、鋰離子電池電極材料、電化學(xué)顯色材料、電催化材料、記錄材料等方面具有 潛在而廣泛的應(yīng)用，可以作為納米電子學(xué)、納米光電子學(xué)、信息存儲、電致變色、光致變色和 智能偽裝等器件的核心材料。采用熱蒸發(fā)法可以獲得結(jié)晶形態(tài)完美的正交相納米帶結(jié)構(gòu)三氧化鉬，《海南師范 大學(xué)學(xué)報》第23卷第3期揭示了一種化學(xué)氣相反應(yīng)制備α -MoO3納米帶的方法以硅片 為襯底，將鉬粉放在石英舟中用紅外燒結(jié)爐加熱蒸發(fā)，使石英舟和硅片分別處于700°C和 3500C的溫區(qū)60min，冷卻后在襯底上沉積了 α -MoO3納米帶。但是此方法制備儀器昂貴，反 應(yīng)溫度高，過程控制要求嚴(yán)格，產(chǎn)率低，不易工業(yè)化生產(chǎn)。采用此方法制備成本太高，制約了 α -MoO3納米帶的廣泛應(yīng)用。另外，現(xiàn)有無模板劑水熱制備α -MoO3納米帶的方法將可溶性鉬酸鈉溶于去離子 水形成溶液，以高氯酸為酸化沉淀劑緩慢滴加到溶液中形成澄清溶液，將澄清溶液轉(zhuǎn)移到 水熱釜中，在100-200°C的溫度下進(jìn)行水熱反應(yīng)，通過控制酸化沉淀劑的量和滴加速度，獲 得α-MoO3納米帶。但是這種方法對高氯酸的滴加速度要求特別慢，幾分鐘才滴加一滴，而 且高氯酸具有很強(qiáng)的腐蝕性、刺激性和揮發(fā)性，實(shí)驗(yàn)操作必須穿防護(hù)服，戴防毒面具，實(shí)驗(yàn) 周期太長、成本太高，不利于工業(yè)化生產(chǎn)。熱蒸發(fā)法存在制備儀器昂貴，反應(yīng)溫度高，過程控制要求嚴(yán)格，產(chǎn)率低，能耗大的 問題；現(xiàn)有的水熱法存在安全性和酸化操作不易控制的問題，均不利于工業(yè)化生產(chǎn)，制約了 MoO3納米帶的性能研究和應(yīng)用。因此開發(fā)低成本，短周期的MoO3納米帶的制備方法，對充 分利用我國豐富的鉬資源提高鉬產(chǎn)品的附加值，促進(jìn)我國的信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)和新能源產(chǎn)業(yè)的 發(fā)展，都具有重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種制備正交相單晶納米帶結(jié)構(gòu)三氧化鉬材料的方法，解決 了現(xiàn)有熱蒸發(fā)法存在的制備儀器昂貴，反應(yīng)溫度高，過程控制要求嚴(yán)格，產(chǎn)率低，能耗大；水 熱法存在的安全性和酸化操作不易控制的問題。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，一種制備正交相單晶納米帶結(jié)構(gòu)三氧化鉬材料的方 法，具體按照以下步驟實(shí)施步驟1 將七鉬酸銨研磨后溶于去離子水，制備得到質(zhì)量-體積濃度為2-5g/L的七鉬 酸銨溶液，陳化2-8天，再加入和七鉬酸銨溶液相同體積的去離子水稀釋；
步驟2 按照體積比為1-3 1稱取摩爾濃度為3-7mol/L的硝酸及步驟1得到的稀釋后 溶液，在攪拌的條件下混合酸化，攪拌時間為30-90min，得到透明的鉬酸溶膠；
步驟3 向步驟2得到的鉬酸溶膠中加入十六烷基三甲基溴化銨的乙醇溶液，劇烈攪拌 l_5h，得到含有十六烷基三甲基溴化銨的鉬酸溶膠；
步驟4 將步驟3得到的含有十六烷基三甲基溴化銨的鉬酸溶膠移至聚四氟乙烯襯里 的反應(yīng)釜中，在120-180°C溫度下水熱反應(yīng)12-36h，冷卻至室溫，得到水熱反應(yīng)產(chǎn)物；
步驟5 將步驟4得到的水熱反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)行過濾，得到固體產(chǎn)物，將固體產(chǎn)物先用無水 乙醇洗滌2-4次，再用去離子水洗滌2-4次，在60-90°C溫度下干燥，得到本發(fā)明正交相單晶 納米帶結(jié)構(gòu)三氧化鉬材料。本發(fā)明的特點(diǎn)還在于，
其中的步驟3中的十六烷基三甲基溴化銨的乙醇溶液，十六烷基三甲基溴化銨的摩爾 濃度為2-5mol/L。其中的步驟3中的十六烷基三甲基溴化銨的乙醇溶液與鉬酸溶膠的體積比為 0. 1-0. 5:1。本發(fā)明的有益效果是，采用七鉬酸銨和硝酸為原料，十六烷基三甲基溴化銨為模 板劑，酸化過程簡單，工藝易于控制，反應(yīng)溫度低，產(chǎn)品寬度及厚度小，納米帶為單晶結(jié)構(gòu)， 形貌良好，制備工藝流程周期短，產(chǎn)率高，制備設(shè)備簡單，成本低。獲得了寬度50-100nm，長 度1-lOum，厚度30-60nm，正交相單晶納米帶結(jié)構(gòu)三氧化鉬粉體材料，三氧化鉬納米帶粉體 粒度均勻。


圖1是本發(fā)明方法制備的三氧化鉬納米帶SEM圖； 圖2是本發(fā)明方法制備的三氧化鉬納米帶TEM圖3是本發(fā)明方法制備的三氧化鉬納米帶XRD圖； 圖4是本發(fā)明方法制備的三氧化鉬納米帶ED圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。本發(fā)明制備正交相單晶納米帶結(jié)構(gòu)三氧化鉬材料的方法，采用硝酸酸化七鉬酸銨 得到鉬酸溶膠，加入模板劑十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)，然后經(jīng)過水熱反應(yīng)、過濾、洗劑 和干燥得到正交相單晶三氧化鉬納米帶，具體按照以下步驟實(shí)施
步驟1 將七鉬酸銨經(jīng)過研磨后溶于去離子水中，得到質(zhì)量-體積濃度為2-5g/L的七 鉬酸銨溶液，陳化2-8天，再加入和七鉬酸銨溶液同樣體積的去離子水；
步驟2 在攪拌的條件下用硝酸酸化步驟1得到的溶液，硝酸摩爾濃度為3-7 mol/L，加 入體積為步驟1得到的溶液的1-3倍，繼續(xù)攪拌30-90min，得到透明的鉬酸溶膠；
步驟3 向步驟2得到的鉬酸溶膠中加入模板劑CTAB的乙醇溶液，CTAB (十六烷基三 甲基溴化銨)摩爾濃度為2-5mol/L，加入量為鉬酸溶膠體積的0. 1-0. 5倍，劇烈攪拌1- ；步驟4 將步驟3得到的含有模板劑CTAB的鉬酸溶膠移至聚四氟乙烯襯里的不銹鋼反 應(yīng)釜中，溶膠加至反應(yīng)釜容積的4/5，擰緊反應(yīng)釜頂蓋，放入烘箱中加熱，待溫度達(dá)到預(yù)定反 應(yīng)溫度后保溫，在120-180°C溫度下水熱反應(yīng)12-3^1，冷卻至室溫，得到水熱反應(yīng)產(chǎn)物；
步驟5 將步驟4得到的水熱反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)行過濾，得到固體產(chǎn)物，將固體產(chǎn)物先用無水 乙醇洗滌2-4次，再用去離子水洗滌2-4次，在60-90°C溫度下干燥，得到淡黃色三氧化鉬納 米帶粉末。本發(fā)明制備的MoO3納米帶屬正交晶系，為單晶結(jié)構(gòu)，納米帶寬度50-100nm，長度 Ι-lOum，厚度 30-60nm。如果步驟4中的水熱反應(yīng)溫度低于120_180°C，或者反應(yīng)時間低于12_36h，則鉬酸 溶膠不能完全轉(zhuǎn)化為三氧化鉬納米帶。獲得納米帶狀三氧化鉬的工藝關(guān)鍵是酸化處理工 藝，酸化處理以保證獲得完全透明的溶膠，如果步驟2中的酸化過程加入的硝酸溶液濃度 超出3-7mol/L或者加入的體積小于七鉬酸銨溶液體積的1-3倍，容易出現(xiàn)鉬酸沉淀，鉬酸 沉淀即使經(jīng)過后續(xù)的水熱反應(yīng)也不能獲得完全的納米帶狀三氧化鉬；步驟3中加入模板劑 CTAB對產(chǎn)物的形貌有重要影響，如果加入的CTAB乙醇溶液濃度超出2-5mol/L或者加入的 體積比小于溶膠體積的0. 1-0. 5倍，由于CTAB對三氧化鉬晶核的某些晶面生長的抑制作用 太弱或太強(qiáng)，獲得的三氧化鉬納米帶的形貌將不是規(guī)則的，納米帶的頂端的寬度遠(yuǎn)小于納 米帶中間寬度，呈針狀結(jié)構(gòu)。圖1是本發(fā)明方法制備的三氧化鉬納米帶SEM圖，圖2是本發(fā)明方法制備的三氧 化鉬納米帶TEM圖，圖3是本發(fā)明方法制備的三氧化鉬納米帶XRD圖，圖4是本發(fā)明方法制 備的三氧化鉬納米帶ED圖。從圖1及圖2可以看出，本發(fā)明合成的產(chǎn)物為納米帶結(jié)構(gòu)，納 米帶的長度可達(dá)10um，納米帶寬度為50-100nm，厚度為30-60nm。從圖3可以看出，合成產(chǎn) 物的XRD圖個衍射峰的位置和相對強(qiáng)度均與JCPDS卡片NO. 35-0609 (a=3. 963，b=13. 85， c=3. 696)非常一致，表明產(chǎn)物為正交晶系Mo03。從圖4可以看出合成的產(chǎn)物為單晶結(jié)構(gòu)。實(shí)施例1
將七鉬酸銨經(jīng)過研磨后溶于去離子水中，得到濃度為20g/100ml七鉬酸銨溶液陳化2 天，再加入同樣體積的去離子水；在攪拌的情況下用硝酸酸化上述溶液，硝酸濃度為3mol/ L，加入量為七鉬酸銨溶液的1倍，繼續(xù)攪拌30min，得到透明的鉬酸溶膠；向鉬酸溶膠中加 入模板劑CTAB的乙醇溶液，CTAB濃度為2mol/L，加入量為溶膠體積的0. 1倍，劇烈攪拌Ih ； 將含有模板劑的鉬酸溶膠移至聚四氟乙烯襯里的不銹鋼反應(yīng)釜中，在120°C溫度下水 熱反應(yīng)36h，冷卻至室溫，得到水熱產(chǎn)物；將得到的水熱反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)行過濾，先用無水乙醇 洗劑2次，再用去離子水洗劑2次，在60°C溫度下干燥，得到淡黃色三氧化鉬納米帶粉末。XRD測試表明產(chǎn)物為純正交相三氧化鉬(α -MoO3),電子掃描電鏡和電子透射電鏡 檢測表明，獲得的三氧化鉬納米帶形狀規(guī)則，表面光滑，截面呈長方形，長度Ι-lOum，厚度 30-60nm,寬度50-100nm。與其他制備方法相比，本發(fā)明方法酸化工藝簡單，水熱處理時間 短，設(shè)備簡單，產(chǎn)率高，成本低。實(shí)施例2
將七鉬酸銨經(jīng)過研磨后溶于去離子水中，得到濃度范圍為50g/100ml七鉬酸銨溶液陳 化8天，再加入同樣體積的去離子水；在攪拌的情況下用硝酸酸化上述溶液，硝酸濃度為 7mol/L,加入量為七鉬酸銨溶液的3倍，繼續(xù)攪拌90min，得到透明的鉬酸溶膠；向鉬酸溶膠 中加入模板劑CTAB的乙醇溶液，CTAB濃度為5mol/L，加入量為溶膠體積的0. 5倍，劇烈攪拌5h ；
將含有模板劑的鉬酸溶膠移至聚四氟乙烯襯里的不銹鋼反應(yīng)釜中，在180°C溫度下水 熱反應(yīng)12h，冷卻至室溫，得到水熱產(chǎn)物；將得到的水熱反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)行過濾，先用無水乙醇 洗劑4次，再用去離子水洗劑4次，在90°C溫度下干燥，得到淡黃色三氧化鉬納米帶粉末。實(shí)施例3
將七鉬酸銨經(jīng)過研磨后溶于去離子水中，得到濃度范圍為40g/100ml七鉬酸銨溶液陳 化6天，再加入同樣體積的去離子水；在攪拌的情況下用硝酸酸化上述溶液，硝酸濃度為 5mol/L,加入量為七鉬酸銨溶液的2倍，繼續(xù)攪拌60min，得到透明的鉬酸溶膠；向鉬酸溶膠 中加入模板劑CTAB的乙醇溶液，CTAB濃度為4mol/L，加入量為溶膠體積的0. 4倍，劇烈攪 拌4h;
將含有模板劑的鉬酸溶膠移至聚四氟乙烯襯里的不銹鋼反應(yīng)釜中，在150°C溫度 下水熱反應(yīng)Mh，冷卻至室溫，得到水熱產(chǎn)物；將得到的水熱反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)行過濾，先用無水 乙醇洗劑3次，再用去離子水洗劑3次，在70°C溫度下干燥，得到淡黃色三氧化鉬納米帶粉 末。實(shí)施例4
將七鉬酸銨經(jīng)過研磨后溶于去離子水中，得到濃度范圍為30g/100ml七鉬酸銨溶液陳 化4天，再加入同樣體積的去離子水；在攪拌的情況下用硝酸酸化上述溶液，硝酸濃度為 4mol/L，加入量為七鉬酸銨溶液的1. 5倍，繼續(xù)攪拌50min，得到透明的鉬酸溶膠；向鉬酸溶 膠中加入模板劑CTAB的乙醇溶液，CTAB濃度為3mol/L，加入量為溶膠體積的0. 2倍，劇烈 攪拌1 ；
將含有模板劑的鉬酸溶膠移至聚四氟乙烯襯里的不銹鋼反應(yīng)釜中，在160°C溫度下水 熱反應(yīng)20h，冷卻至室溫，得到水熱產(chǎn)物；將得到的水熱反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)行過濾，先用無水乙醇 洗劑3次，再用去離子水洗劑3次，在65°C溫度下干燥，得到淡黃色三氧化鉬納米帶粉末。
權(quán)利要求
1.一種制備正交相單晶納米帶結(jié)構(gòu)三氧化鉬材料的方法，其特征在于，具體按照以下 步驟實(shí)施步驟1 將七鉬酸銨研磨后溶于去離子水，制備得到質(zhì)量-體積濃度為2-5g/L的七鉬 酸銨溶液，陳化2-8天，再加入和七鉬酸銨溶液相同體積的去離子水稀釋；步驟2 按照體積比為1-3 1稱取摩爾濃度為3-7mol/L的硝酸及步驟1得到的稀釋后 溶液，在攪拌的條件下混合酸化，攪拌時間為30-90min，得到透明的鉬酸溶膠；步驟3 向步驟2得到的鉬酸溶膠中加入十六烷基三甲基溴化銨的乙醇溶液，劇烈攪拌 l_5h，得到含有十六烷基三甲基溴化銨的鉬酸溶膠；步驟4 將步驟3得到的含有十六烷基三甲基溴化銨的鉬酸溶膠移至聚四氟乙烯襯里 的反應(yīng)釜中，在120-180°C溫度下水熱反應(yīng)12-36h，冷卻至室溫，得到水熱反應(yīng)產(chǎn)物；步驟5 將步驟4得到的水熱反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)行過濾，得到固體產(chǎn)物，將固體產(chǎn)物先用無水 乙醇洗滌2-4次，再用去離子水洗滌2-4次，在60-90°C溫度下干燥，得到本發(fā)明正交相單晶 納米帶結(jié)構(gòu)三氧化鉬材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備正交相單晶納米帶結(jié)構(gòu)三氧化鉬材料的方法，其特征在 于，所述的步驟3中的十六烷基三甲基溴化銨的乙醇溶液，十六烷基三甲基溴化銨的摩爾 濃度為2-5mol/L。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備正交相單晶納米帶結(jié)構(gòu)三氧化鉬材料的方法，其特征在 于，所述的步驟3中的十六烷基三甲基溴化銨的乙醇溶液與鉬酸溶膠的體積比為0. 1-0. 5 1。
全文摘要
本發(fā)明公開的一種制備正交相單晶納米帶結(jié)構(gòu)三氧化鉬材料的方法，采用硝酸酸化七鉬酸銨得到鉬酸溶膠，加入模板劑十六烷基三甲基溴化銨，然后經(jīng)過水熱反應(yīng)、過濾、洗劑和干燥得到正交相單晶三氧化鉬納米帶。本發(fā)明制備正交相單晶納米帶結(jié)構(gòu)三氧化鉬材料的方法，采用七鉬酸銨和硝酸為原料，十六烷基三甲基溴化銨為模板劑，酸化過程簡單，工藝易于控制，反應(yīng)溫度低，產(chǎn)品寬度及厚度小，納米帶為單晶結(jié)構(gòu)，形貌良好，制備工藝流程周期短，產(chǎn)率高，制備設(shè)備簡單，成本低。獲得了寬度50-100nm，長度1-10μm，厚度30-60nm，正交相單晶納米帶結(jié)構(gòu)三氧化鉬粉體材料，三氧化鉬納米帶粉體粒度均勻。
文檔編號C01G39/02GK102139923SQ201110110500
公開日2011年8月3日 申請日期2011年4月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月29日
發(fā)明者張曉軍, 高賓 申請人:西安工程大學(xué)