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CN108585046B - 一种高长径比二氧化钼纳米管及其制备方法 - Google Patents

一种高长径比二氧化钼纳米管及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种高长径比二氧化钼纳米管及其制备方法，所述方法包括如下步骤：步骤(1)以四水合七钼酸铵、一水合柠檬酸为原料制备混合溶液，以及步骤(2)水热反应得到高长径比二氧化钼纳米管。本发明的高长径比二氧化钼纳米管中的纳米管含量大于95％，单根纳米管直径为1‑8nm，长度为2‑7μm。本发明方法无毒无污染，环境友好且重复性强。

Description

一种高长径比二氧化钼纳米管及其制备方法
技术领域
本发明属于半导体纳米材料技术领域，具体涉及一种高长径比二氧化钼纳米管及其制备方法。
背景技术
过渡金属氧化物具有非常独特的性能，例如超导性、巨磁阻效应还有压电效应等。其中二氧化钼具有金属导电性、高熔点，而且有望被广泛地用作催化剂、传感器、记录材料以及电极材料等。
现有技术中，关于合成二氧化钼的方法有很多。典型的是通过还原三氧化钼来合成二氧化钼粉末。Yang等通过在酒精蒸汽中还原三氧化钼得到了二氧化钼。Manthiram和Liu等通过液相还原的方法制得了二氧化钼粉末。Liang等通过低温水热反应制得了不同形貌的二氧化钼纳米颗粒。也有科研工作者通过水热法合成了多孔和中空的二氧化钼纳米球。一维二氧化钼的合成也有报道，但大多是用碳纳米管作为模板进行生长，或者通过热蒸发的方式合成等。例如，Zhou等就是通过在Mo片上进行热蒸发制备了大规模的二氧化钼纳米管阵列。Suemitsu等通过在乙炔和氧气的混合气体中点燃Mo基片，从而得到了二氧化钼中空纤维。然而，鲜有报道通过低温水热制得高产率高长径比的二氧化钼纳米管。
通过低温水热制得高产率高长径比的二氧化钼管具有十分重要的意义。本发明的发明人经过大量创造性劳动提出本发明。
发明内容
为解决上述背景技术提及的技术问题，本发明旨在提供一种高长径比二氧化钼纳米管及其制备方法，尤其是低温制备高长径比二氧化钼纳米管的方法。本发明的技术方案为一种高长径比二氧化钼纳米管的制备方法，包括如下步骤：步骤(1)，以四水合七钼酸铵、一水合柠檬酸为原料，制备混合溶液；以及，步骤(2)：水热反应。
进一步地，在步骤(2)后，还包括步骤(3)：将水热反应后的产物后处理。
进一步地，所述后处理包括将水热反应后的产物进行反复离心洗涤并干燥。
进一步地，在步骤(2)水热反应前充分搅拌所述混合溶液，然后置于反应釜中进行水热反应。
进一步地，在所述步骤(1)中，将所述四水合七钼酸铵置于水中，搅拌待钼酸铵完全溶解在水中，得到钼酸铵溶液；在搅拌的过程中向所述钼酸铵溶液中加入一水合柠檬酸，搅拌若干小时，得到所述混合溶液。优选搅拌10-30分钟待钼酸铵完全溶解在水中。
本发明的某种实施方式中，所述钼酸铵溶液的浓度为0.01-0.08mol/L；在搅拌的过程中向所述钼酸铵溶液中加入一水合柠檬酸，搅拌1-8h，得到所述混合溶液；所述钼酸铵溶液的浓度优选为0.01-0.05mol/L，更优选0.025mol/L。
进一步地，所述步骤(2)包括：将所述混合溶液转移至聚四氟乙烯反应釜中，待反应釜以3-5℃/min的升温速率升至160-200℃，保温40-60h，然后将反应釜冷却至室温，在反应釜中进行水热反应，水热反应1-10h。优选以5℃/min的升温速率升至180℃，保温48h。
进一步地，在所述步骤(3)中，所述后处理包括用去离子水和无水乙醇对反应釜中的深色沉淀物进行反复离心洗涤，待沉淀物中的杂质去除后干燥。
本发明还提供了上述方法制得的所述高长径比二氧化钼纳米管所述二氧化钼纳米管为单斜的二氧化钼结构(monoclinic-MoO2)，其中纳米管含量大于95％，单根纳米管直径为1-8nm，长度为2-7μm。
本发明还提供了上述方法制得的所述高长径比二氧化钼纳米管的应用，所述的高长径比二氧化钼纳米管作为半导体纳米材料制备的原料。
本发明制得的所述高长径比二氧化钼纳米管是由单斜晶系的二氧化钼(monoclinic-MoO2)组成，其中纳米管含量大于95％，单根纳米管直径为1-8nm，长度为2-7μm。本发明提供的方法制备单斜(晶系)的二氧化钼具有高长径比、高纯度和高结晶度，同时该制备方法无毒无污染，环境友好且重复性强，对高结晶性高活性二氧化钼的大量制备和工业化应用具有重要意义。这为一维半导体纳米材料的制备以及后续纳米材料量产提供了更多的可能性。
附图说明
图1为本发明中0.01mol/L钼酸铵溶液对应的方法(低温水热法)制得的二氧化钼纳米管的透射电镜图；
图2为本发明中0.01mol/L钼酸铵溶液对应的方法(低温水热法)制得的二氧化钼纳米管的X射线衍射图。
具体实施方式
下面将详细说明本发明的实施方式，本发明的一个实施方式为，一种高长径比二氧化钼纳米管的制备方法，包括如下步骤：步骤(1)，以四水合七钼酸铵、一水合柠檬酸为原料，制备混合溶液；以及，步骤(2)：水热反应。
本发明该实施方式的制备方法，是一种高长径比二氧化钼纳米管的制备方法，尤其是低温制备高长径比二氧化钼纳米管的方法。
在本发明的该实施方式中，在步骤(2)后，还包括步骤(3)：将水热反应后的产物后处理。
该实施方式中，所述后处理包括将水热反应后的产物进行反复离心洗涤并干燥。
该实施方式中，在步骤(2)水热反应前充分搅拌所述混合溶液，然后置于反应釜中进行水热反应。
在本发明的该实施方式中，在所述步骤(1)中，将所述四水合七钼酸铵置于水中，搅拌10-30分钟待钼酸铵完全溶解在水中，得到钼酸铵溶液；在搅拌的过程中向所述钼酸铵溶液中加入一水合柠檬酸，搅拌若干小时，得到所述混合溶液。
本发明的某种实施方式中，所述钼酸铵溶液的浓度为0.01-0.0gmol/L；在搅拌的过程中向所述钼酸铵溶液中加入一水合柠檬酸，搅拌1-8h，得到所述混合溶液；所述钼酸铵溶液的浓度优选为0.01-0.05mol/L，更优选0.025mol/L。
进一步地，所述步骤(2)包括：将所述混合溶液转移至聚四氟乙烯反应釜中，待反应釜以3-5℃/min的升温速率升至160-200℃，保温40-60h，然后将反应釜冷却至室温，在反应釜中进行水热反应，水热反应1-10h。优选以5℃/min的升温速率升至180℃，保温48h。
进一步地，在所述步骤(3)中，所述后处理包括用去离子水和无水乙醇对反应釜中的深色沉淀物进行反复离心洗涤，待沉淀物中的杂质去除后，将物质干燥即得到所述高长径比二氧化钼纳米管。
本发明还提供了上述方法制得的所述二氧化钼纳米管为单斜的二氧化钼结构，其中纳米管含量大于95％，单根纳米管直径为1-8nm，长度为2-7μm。
本发明还提供了上述方法制得的所述高长径比二氧化钼纳米管的应用，所述的高长径比二氧化钼纳米管作为半导体纳米材料制备的原料。
本发明制得的所述高长径比二氧化钼纳米管是由单斜(晶系)的二氧化钼(monoclinic-MoO2)组成，其中纳米管含量大于95％，单根纳米管直径为1-8nm，长度为2-7μm。本发明提供的方法制备单斜(晶系)的二氧化钼具有高长径比、高纯度和高结晶度，同时该制备方法无毒无污染，环境友好且重复性强，对高结晶性高活性二氧化钼的大量制备和工业化应用具有重要意义。这为一维半导体纳米材料的制备以及后续纳米材料量产提供了更多的可能性。
下面结合实施例对本发明作进一步的说明：
实施例1
1)分别制备0.01mol/L的钼酸铵溶液；搅拌15min钼酸铵完全溶解在水中，在不断搅拌的过程中向上述钼酸铵溶液中分别加入一水合柠檬酸，搅拌若干小时，待两种反应物混合均匀；2)将该混合溶液转移至聚四氟乙烯反应釜中。待反应釜以5℃/min的升温速率升至180℃，保温48h。然后将反应釜冷却至室温。3)随后，用去离子水和无水乙醇对反应釜中的深色沉淀物进行反复的离心洗涤，待沉淀物中的杂质去除后，将物质干燥即得到二氧化钼纳米管。
所得的所述高长径比二氧化钼纳米管的透射电镜图如附图1所示，X射线衍射图如附图2所示。
由所述高长径比二氧化钼纳米管的透射电镜图如附图1所示，X射线衍射图如附图2所示可看出，制备单斜(晶系)的二氧化钼具有高长径比、高纯度和高结晶度。又由于该制备方法无毒无污染，环境友好且重复性强，因此对高结晶性高活性二氧化钼的大量制备和工业化应用具有重要意义。为一维半导体纳米材料的制备以及后续纳米材料量产提供了更多的可能性。
实施例2
1)制备0.025mol/L的钼酸铵溶液；搅拌30min钼酸铵完全溶解在水中，在不断搅拌的过程中向上述钼酸铵溶液中分别加入一水合柠檬酸，搅拌若干小时，待两种反应物混合均匀；2)将该混合溶液转移至聚四氟乙烯反应釜中。待反应釜以3℃/min的升温速率升至200℃，保温45h。然后将反应釜冷却至室温。3)随后，用去离子水和无水乙醇对反应釜中的深色沉淀物进行反复的离心洗涤，待沉淀物中的杂质去除后，将物质干燥即得到二氧化钼纳米管。
经分析同样得知本发明的方法制备的高长径比二氧化钼纳米管为单斜(晶系)的二氧化钼，具有高长径比、高纯度和高结晶度。该制备方法无毒无污染，环境友好且重复性强，因此对高结晶性高活性二氧化钼的大量制备和工业化应用具有重要意义。为一维半导体纳米材料的制备以及后续纳米材料量产提供了更多的可能性。
本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其它等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (6)

1.一种高长径比二氧化钼纳米管的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤（1），以四水合七钼酸铵、一水合柠檬酸为原料，制备混合溶液；
以及，步骤（2）：水热反应，将所述混合溶液转移至聚四氟乙烯反应釜中，待反应釜以3-5℃/min的升温速率升至160-200℃，保温40-60h，然后将反应釜冷却至室温，在反应釜中进行水热反应，水热反应1-10h，得到高长径比二氧化钼纳米管；
其中，在所述步骤（1）中，将所述四水合七钼酸铵置于水中，搅拌待钼酸铵完全溶解在水中，得到钼酸铵溶液；所述钼酸铵溶液的浓度为0.01-0.025mol/L；在搅拌的过程中向所述钼酸铵溶液中加入一水合柠檬酸，搅拌1-8h，得到所述混合溶液。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，
在步骤（2）后，还包括步骤（3）：将水热反应后的产物后处理。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，
所述后处理包括将水热反应后的产物进行反复离心洗涤并干燥。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，
在所述步骤（3）中，所述后处理包括用去离子水和无水乙醇对反应釜中的深色沉淀物进行反复离心洗涤，待沉淀物中的杂质去除后，将物质干燥即得到所述高长径比二氧化钼纳米管。
5.如权利要求1-4任一项所述方法制得的高长径比二氧化钼纳米管，其特征在于，所述二氧化钼纳米管为单斜晶系的二氧化钼结构，其中纳米管含量大于95%，单根纳米管直径为1-8 nm，长度为2-7μm。
6.如权利要求1-4任一项所述方法制得的高长径比二氧化钼纳米管或权利要求5所述的高长径比二氧化钼纳米管的应用，其特征在于，所述的高长径比二氧化钼纳米管作为半导体纳米材料制备的原料。
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