一种金属钼纳米片的制备方法与流程

本发明属于纳米材料制备技术领域，具体涉及金属钼纳米片的制备方法。

背景技术：

在纳米技术领域中，近年来二维材料的迅速发展使得纳米片状材料再次成为人们研究的热点。由于纳米材料往往具有其对应块体材料所没有的光、电、磁、催化等功能性能以及特殊的机械力学性能，所以纳米材料具有很广阔的潜在应用。对于纳米材料的制备，一般有两条途径：“由下而上”和“由上而下”制备。 “由下而上”制备方法有化学气相沉积法，对于这种方法，纳米晶的生长大体是以包含目标元素的原子或分子物质为前驱体，其生长过程可归为“成核-生长”机制。该方法可以生长出多元素、结构复杂、形貌可控的纳米晶，但对生长参数控制精度要求高，重现性比较差，这在很大程度上限制了纳米结构材料的规模化生产，而且成本较高。本发明基于钼化合物升华和氢气还原的综合技术提出一种操作简单方便，控制精度低，重复性好，能制备出大量高体积量的钼纳米片的方法。目前，由于钼纳米粉体的特殊性能，其应用发展较快，目前已广泛地应用于工农业领域，如橡胶、塑料、造纸、涂料、食品、水处理等方面。近年来，因为轻质钼粉可增强某些材料的性能，所以具有很大的应用前景。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种金属钼纳米片的制备方法。该制备方法的主要特点在于包括钼源升华和氢气还原的平衡反应：钼源在高温下升华得到钼源蒸气，在载气混合气氛内被氢气还原，进而得到钼纳米片。制得的钼纳米片为钼金属单质，形貌为片状。

基于上述目的，本发明采取了如下技术方案。

一种金属钼纳米片的制备方法，包括如下步骤：将钼源置于管式炉内的有效加热区域，利用真空泵排尽石英管中的空气，然后通入载气，升温后保温状态下进行反应，反应后冷却至室温，得到所述金属钼纳米片。

进一步地，所述钼源为钼化合物，包括三氧化钼或钼酸盐。

进一步地，所述载气为氩氢混合气或氮氢混合气，优选为5-20vol%H₂/Ar混合气，更优选为10vol%H₂/Ar混合气。

进一步地，升温时载气气体流量为10～50sccm，优选为10sccm。

进一步地，保温时载气气体流量为100～200sccm，优选为100sccm。

进一步地，所述升温的速度为5～20℃/min，优选为20℃/min。

进一步地，所述保温的温度为790℃～1000℃，优选为900℃；保温的时间为60～240min。

制得的金属钼纳米片宏观上为堆积蓬松的海绵状，微观上具有无规则的边缘形貌，且大小在0.1～2μm，厚度<100nm。

与现有技术相比，本发明具有如下优点和有益效果：

（1）本发明制备金属钼纳米片的方法，工艺简单，制备周期短，操作方便，重复性好，效率高，易于实现大规模生产，对制备环境要求较低，有助于金属钼纳米片的实际应用及工业化生产。

附图说明

图1为本发明使用的三氧化钼的热重-差热分析曲线图；

图2为本发明使用的三氧化钼的扫描电子显微镜（SEM）图；

图3为本发明制备金属钼纳米片工艺流程示意图；

图4为本发明的实施例1制得的金属钼纳米片的X射线衍射图；

图5为本发明的实施例1制备的金属钼纳米片的扫描电子显微镜（SEM）照片；

图6为本发明的实施例1制备的金属钼纳米片的高倍扫描电子显微镜（SEM）照片；

图7为本发明实施例1制备的金属钼纳米片的透射电子显微镜（TEM）照片；

图8为本发明实施例1制备的钼纳米片的高分辨透射电子显微镜（TEM）照片；

图9为本发明实施例1制得的金属钼纳米片的选区电子衍射谱图；

图10为本发明的实施例2制备的金属钼纳米片的扫描电子显微镜（SEM）照片；

图11为本发明的实施例3制备的金属钼纳米片的扫描电子显微镜（SEM）照片；

图12为本发明的实施例4制备的金属钼纳米片的扫描电子显微镜（SEM）照片；

具体实施方式

以下通过实施例对本发明作进一步阐述，但本发明不限于以下实施例。

本发明使用的三氧化钼的热重-差热分析曲线如图1所示，通过热重-差热结果，判断氧化钼的升华温度为790℃。在790～1000℃下，三氧化钼升华，通入的氢气与生成的三氧化钼蒸气进行还原反应，形成钼片。

本发明采用的三氧化钼的SEM图如图2所示。

本发明制备钼纳米片工艺流程示意图如图3所示。

实施例 1

利用如图1所示三氧化钼的热重-差热分析曲线，分析三氧化钼的升华规律；并采用图3所示工艺流程示意图制备金属钼纳米片。

将未经任何处理的三氧化钼粉末置于瓷舟中，将瓷舟放入管式炉内的有效加热区域石英管中，利用真空泵排尽石英管中的空气，然后通入10vol%H₂/Ar气体，加热过程中10 vol% H₂/Ar气体流速保持在10sccm，控制升温速率为20℃/min；

当管式炉温度达到900℃时，调节通入10vol%H₂/Ar的量为流量100sccm，保温2小时，反应后冷却至室温，得到金属钼纳米片。

通过XRD结果（图4）表征本实施例得到的产物为纯金属钼。

扫描电镜照片如图5、图6所示，得到的金属钼纳米薄片宏观上为堆积蓬松的海绵状，微观上尺寸均匀且大小为0.1~2μm，厚度<100nm，边缘具有大量枝状结构。

透射电子显微镜照片表明纳米钼片具有超薄的厚度（图7）和良好的单晶结构（图8）。

选区电子衍射谱图（图9）分析得出该钼纳米片为立方相结构。

实施例 2

按照实施例1中的方法制备的钼纳米片。不同的是，反应温度为790℃，当管式炉温度达到790℃时，调节通入10vol%H₂/Ar的流量为100sccm，反应后，关闭管式炉，冷却至室温，得到金属钼纳米片。

本实施例获得的产物与实施例1结果相似，同样长出了金属钼纳米片；制得的金属钼纳米片的SEM图如图10，微观上尺寸均匀且大小为0.1~2μm，厚度<100nm，边缘具有大量枝状结构。

实施例 3

按照实施例1中的方法制备的钼纳米片。不同的是，反应温度为1000℃，当管式炉温度达到1000℃时，调节通入10vol%H₂/Ar的流量为100sccm，反应后，关闭管式炉，冷却至室温，得到金属钼纳米片。

本实施例获得的产物与实施例1结果相似，同样长出了金属钼纳米片；得到的金属钼纳米片的SEM图如图11所示，为堆积蓬松的海绵状。

实施例 4

按照实施例1中的方法制备的钼纳米片。不同的是，反应升温速率设为10℃/min，反应后，关闭管式炉，冷却至室温，得到金属钼纳米片。

本实施例获得的产物与实施例1结果相似，同样长出了金属钼纳米片；得到的金属钼纳米片的SEM图参见图5、6所示，为堆积蓬松的海绵状，微观上尺寸均匀且大小为0.1~2μm，厚度<100nm，边缘具有大量枝状结构。

实施例 5

按照实施例1中的方法制备的钼纳米片。不同的是，反应保温时间设为60min，反应后，关闭管式炉，冷却至室温，得到金属钼纳米片。

本实施例获得的产物与实施例1结果相似，同样长出了金属钼纳米片；得到的金属钼纳米片的SEM图参见图5、6所示，为堆积蓬松的海绵状，微观上尺寸均匀且大小为0.1~2μm，厚度<100nm，边缘具有大量枝状结构。

实施例 6

按照实施例1中的方法制备的钼纳米片。不同的是，反应保温时间设为240min，反应后，关闭管式炉，冷却至室温，得到金属钼纳米片。

本实施例获得的产物与实施例1结果相似，同样长出了金属钼纳米片；得到的金属钼纳米片的SEM图参见图5、6所示，为堆积蓬松的海绵状，微观上尺寸均匀且大小为0.1~2μm，厚度<100nm，边缘具有大量枝状结构。

实施例 7

按照实施例1中的方法制备的钼纳米片。不同的是，管式炉温度达到900℃时，调节通入10vol%H₂/Ar的流量为200sccm，反应结束后，关闭管式炉，冷却至室温，即得到金属钼纳米片。

本实施例结果与实施例 1结果相似，同样制备出了金属钼纳米片；得到的金属钼纳米片的SEM图参见图5、6所示，为堆积蓬松的海绵状，微观上尺寸均匀且大小为0.1~2μm，厚度<100nm，边缘具有大量枝状结构。

实施例 8

按照实施例1中的方法制备的钼纳米片。不同的是，管式炉温度达到900℃时，调节通入H₂/Ar的体积分数为5vol%H₂/Ar，反应结束后，关闭管式炉，冷却至室温，即得到金属钼纳米片。

本实施例结果与实施例 1结果相似，同样制备出了金属钼纳米片；得到的金属钼纳米片的SEM图参见图5、6所示，为堆积蓬松的海绵状，微观上尺寸均匀且大小为0.1~2μm，厚度<100nm，边缘具有大量枝状结构。

实施例 9

按照实施例1中的方法制备的钼纳米片。不同的是，管式炉温度达到900℃时，调节通入H₂/Ar的体积分数为20vol%H₂/Ar，反应结束后，关闭管式炉，冷却至室温，即得到金属钼纳米片。

本实施例结果与实施例 1结果相似，同样制备出了金属钼纳米片；得到的金属钼纳米片的SEM图参见图5、6所示，为堆积蓬松的海绵状，微观上尺寸均匀且大小为0.1~2μm，厚度<100nm，边缘具有大量枝状结构。

实施例 10

按照实施例1中的方法制备钼纳米片。不同的是，升温速率为5℃/min，调节升温时通入10vol%H₂/Ar的流量为50sccm，反应结束后，关闭管式炉，冷却至室温，即得到金属钼纳米片。

本实施例结果与实施1结果相似，同样制备出了金属钼纳米片；制得的金属钼纳米片的SEM图参见图5、6所示，为堆积蓬松的海绵状，微观上尺寸均匀且大小为0.1~2μm，厚度<100nm，边缘具有大量枝状结构。

实施例 11

按照实施例1中的方法制备钼纳米片。不同的是，采用三氧化钼纳米带为钼源，管式炉温度达到900℃时，调节通入10vol%H₂/Ar的流量为100sccm，反应120min后，关闭管式炉，冷却至室温，即得到金属钼纳米片。

本实施例结果与实施1结果相似，同样制备出了金属钼纳米片；制得的金属钼纳米片的SEM图参见图5、6所示，为堆积蓬松的海绵状，微观上尺寸均匀且大小为0.1~2μm，厚度<100nm，边缘具有大量枝状结构。

实施例 12

（1）将未经任何处理的三氧化钼粉末作为钼源放置于瓷舟中，将瓷舟放入石英管中，使钼源置于位于管式炉加热区域，利用真空泵排尽石英管中的空气，然后通入10vol%H₂/N₂气体，如此循环3次尽量排出石英管内的氧气。随后开始加热，加热过程中10vol%H₂/N₂气体流速保持在10sccm，控制升温速率为20℃/min；

（2）当管式炉温度达到900℃时，将10vol%H₂/N₂流量调为100sccm；所述载气流量通过流量计监测；

（3）240min后，反应结束后，关闭管式炉，直至温度降到室温。即得到金属钼纳米片。

本实施例结果与实施例1结果相似，同样制备出了金属钼纳米片。制得的金属钼纳米片的SEM图如图12所示，为堆积蓬松的海绵状。

从实施例的结果可以看出，本发明通过简单易行的方法生长出了金属钼纳米片。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。