一种空心微米笼结构MoO3纳米材料的制备方法

摘要

本发明涉及一种空心微米笼结构MoO3纳米材料的制备方法，所述方法为，配制0.02mol/L的(NH4)6Mo7O24溶液，搅拌后再向其中0.1～0.6克的K3PO4。待完全溶解后，用HNO3溶液调节体系pH值到1～3。所得溶液经过加热、离心、洗涤、干燥、研磨即制备出MoO3纳米材料。本发明所述空心微米笼状MoO3纳米材料的制备方法，工艺简单，设备要求低，可操作性强，成本较低，可以大量合成，并且本发明制备的空心微米笼状MoO3纳米材料具有较大的表面积和较小的晶体尺寸，不易团聚，性能稳定，具有广泛的应用前景。

说明书

技术领域

本发明属于功能材料技术领域，具体涉及一种空心微米笼结构MoO₃纳米材料的制备方法。

背景技术

近年来，过渡金属氧化物，例如MoO₃ ,WO₃, NiOx,和V₂O₅，因其特殊的光学、磁学和电学特征受到广泛的关注。作为研究最深、应用最广的钼化合物，三氧化钼（MoO₃）是一种重要的宽带隙（3.2 eV）n型半导体功能材料。MoO₃具有层状结构和框架,存在着广延的通道,可用作离子的流通渠道和嵌入位置。开放的MoO₃晶体结构和它的水化物都是H⁺、Li⁺及其他离子的良好离子注入主体。另外，MoO₃薄膜在可见光区的良好的吸收能力和良好的可逆变色性。这些优良的特性使其在光致变色和电致变色、气体传感、锂离子电池存储以及场效应装置等领域有广阔的应用前景。

目前，制备不同形貌的半导体金属氧化物引起了人们的广泛关注，如纳米线，纳米管，纳米带，纳米花，纳米纤维，纳米球等形貌，这类材料具有较高的表面～体积比，比传统的纳米颗粒具有更加优异的物理化学性能，表现出更加广泛的应用前景。不同形貌半导体的制备方法主要有：化学气相沉积、阳极氧化、电泳沉积等。然而这些方法常常需要较高的温度、压强使得过程难以控制，并不适合于大量的工业生产，并且最终产物的分散性，纯度都不是很理想。而水热法具有操作简单、能耗低和产物均匀等特点被广泛应用于制备不同形貌纳米半导体功能材料。然而，目前关于水热法合成纳米三氧化钼的报道相对较少，如何通过水热工艺的调节，可控制具备特殊形貌的三氧化钼纳米材料仍是目前纳米合成技术领域的研究热点之一。

发明内容

本发明的目的提供一种空心微米笼结构MoO₃纳米材料的制备方法，该方法简单，成本低廉，反应周期短，易产业化，所制备的空心微米笼状MoO₃纳米材料有较大的表面积和较小的晶体尺寸，不易团聚，性能稳定，具有广泛的应用前景。

本发明所述空心微米笼结构MoO₃纳米材料的制备方法,采用水热法工艺，其方法是首先配制一定浓度的 (NH₄)₆Mo₇O₂₄溶液，搅拌一定时间后再向其中添加一定量的K₃PO₄。待完全溶解后，用HNO₃溶液来调节pH值。每次添加药品后都需要搅拌一定时间。所得溶液经过加热、离心、洗涤、干燥、研磨后得到纳米三氧化钼材料。具体步骤如下：

（1）配制0.02mol/L的(NH₄)₆Mo₇O₂₄，该溶液在磁力搅拌器搅拌10～20分钟；然后添加0.1～0.6克的K₃PO₄（磷酸钾）固体,再用磁力搅拌器搅拌30～60分钟； 

(2)向上述混合溶液中滴加HNO₃溶液，调节溶液pH值为1-3，再用磁力搅拌器搅拌30～60分钟；

（3）将步骤（2）所得溶液转移到水热釜中，在160～200℃之间温度范围内加热18-24小时后随炉冷却。将所得溶液离心2-4分钟，所得沉淀洗涤处理后，在60～80℃温度范围内干燥20～30小时，再将其研磨成粉体，即可得到此空心微米笼结构MoO₃纳米材料。

本发明中，所制备的0.02mol/L的（NH4)₆Mo₇O₂₄溶液，是指向无水乙醇中添加适量的去离子水，其体积比为去离子水:乙醇=1:1～3，再向此溶剂中加入（NH₄)₆Mo₇O₂₄·4H₂O固体后所得。

向上述混合溶液中滴加HNO₃溶液，调节溶液pH值为1～3,用2.2mol/L的HNO₃溶液调节。

沉淀洗涤处理是分别用去离子水、无水乙醇各清洗6～8次，以去除纳米MoO₃粉体中附着的离子和有机物。

本发明的有益效果在于：

1）本发明首次提出了空心微米笼结构MoO₃纳米材料的制备方法，该方法工艺简单，操作安全，对环境不会造成污染，成本较低，应用广泛。

2）本发明制备出的MoO₃晶体具有独特的空心微米笼结构，具有较高的比表面积，而且晶体尺寸较小，不易团聚，性能稳定。

附图说明

图1为本发明制备的纳米三氧化钼材料的X射线衍射图；

图2为实施例1所制备的三氧化钼纳米材料的电镜图；

图3为实施例2所制备的三氧化钼纳米材料的电镜图；

图4为实施例3所制备的三氧化钼纳米材料的电镜图。

具体实施方式

下面的实施例是对本发明的进一步说明，而不是限制本发明的范围。

本实施例中的试剂：

(NH₄)₆Mo₇O₂₄·4H₂O固体，分析纯；

H₃PO₄固体，分析纯；

HNO₄溶液，分析纯；

无水乙醇，分析纯；

去离子水；上述试剂均采用市售产品。

实施例1：

(1)向50ml无水乙醇中添加50ml去离子水，搅拌均匀后加入1.24g的(NH₄)₆Mo₇O₂₄·4H₂O，用磁力搅拌器搅拌20分钟后，得到0.02mol/L的(NH₄)₆Mo₇O₂₄溶液。再向该溶液中加入0.2g K₃PO₄的固体，用磁力搅拌器搅拌50分钟；

（2）向步骤（1）所述的混合溶液中滴加2.2mol/L的HNO₃溶液，调节pH至1.5，再用磁力搅拌器搅拌30分钟；

（3）将步骤（2）所得溶液转移到水热釜中，在160℃水热20小时内后随炉冷却。再将所得溶液离心分离，得到的沉淀洗涤用去离子水、无水乙醇各洗涤处理6次，洗涤后的沉淀在60℃温度干燥20小时，再将其研磨成粉体，即得到空心微米笼结构MoO₃纳米材料。

图1a为实施例1所制得的三氧化钼纳米材料的X射线衍射图,从图谱可以看出制备的产物为正交的三氧化钼,其晶格常数分别为：a = 0.3963 nm, b = 1.3856 nm, c = 0.3697 nm,图中各衍射峰与三氧化钼的标准卡片（JCDPS No：35-0609）吻合；

图2是所得样品的电镜扫描照片，从图中可以清楚的看出所制备的三氧化钼呈空心微米笼结构。

实施例2：

(1)向50ml无水乙醇中添加50ml去离子水，搅拌均匀后加入1.24g的(NH₄)₆Mo₇O₂₄·4H₂O，用磁力搅拌器搅拌20分钟后，得到0.02mol/L的(NH₄)₆Mo₇O₂₄溶液。再向该溶液中加入0.4g K₃PO₄的固体，用磁力搅拌器搅拌50分钟；

（2）向步骤（1）所述的混合溶液中滴加2.2mol/L的HNO₃溶液，调节pH至1.5，再用磁力搅拌器搅拌30分钟；

（3）将步骤（2）所得溶液转移到水热釜中，在180℃水热20小时内后随炉冷却。再将所得溶液离心分离，得到的沉淀洗涤用去离子水、无水乙醇各洗涤处理6次，洗涤后的沉淀在60℃温度干燥20小时，再将其研磨成粉体，即得空心微米笼结构MoO₃纳米材料。

图1b为实施例2 所得三氧化钼纳米材料的X射线衍射图,从图谱可以看出准备的产物结晶度非常的高，衍射峰对应的是正交的三氧化钼,其晶格常数分别为：a = 0.3963 nm, b = 1.3856 nm, c = 0.3697 nm,图中各衍射峰与三氧化钼的标准卡片（JCDPS No：35-0609）吻合，说明产物为纯的三氧化钼相；

图3是所得样品的电镜扫描照片，从图中可以清楚的看出所制备的三氧化钼呈空心微米笼结构。

实施例3：

(1)向50ml无水乙醇中添加50ml去离子水，搅拌均匀后加入1.24g的(NH₄)₆Mo₇O₂₄·4H₂O，用磁力搅拌器搅拌20分钟后，得到0.02mol/L的(NH₄)₆Mo₇O₂₄溶液。再向该AHM溶液中加入0.4g K₃PO₄的固体，用磁力搅拌器搅拌50分钟；

（2）向步骤（1）所述的混合溶液中滴加2.2mol/L的HNO₃溶液，调节溶液pH至1.5，再用磁力搅拌器搅拌30分钟；

（3）将步骤（2）所得溶液转移到水热釜中，在180℃水热24小时内后随炉冷却。再将所得溶液离心分离，得到的沉淀洗涤用去离子水、无水乙醇各洗涤处理6次，洗涤后的沉淀在60℃温度干燥20小时，再将其研磨成粉体，即得空心微米笼结构MoO₃纳米材料。

图1c为实施例3所制得的三氧化钼纳米材料的X射线衍射图,从图谱可以看出制备的产物为正交的三氧化钼,其晶格常数分别为：a = 0.3963 nm, b = 1.3856 nm, c = 0.3697 nm,图中各衍射峰与三氧化钼的标准卡片（JCDPS No：35-0609）吻合；

图4是所得样品的电镜扫描照片，从图中可以清楚的看出所制备的三氧化钼呈空心微米笼结构。                                                                                                                                                  

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。