专利名称：一种研究钼酸镉纳米八面体原位生长过程的新方法
技术领域：
本发明涉及一种无机功能纳米材料原位生长过程的研究，特别涉及一种采用高精 度、高灵敏度的RD496-2000微热量计研究钼酸镉纳米八面体原位生长过程的方法。
背景技术：
纳米材料为什么会生长和如何生长，生长过程的规律和特征如何？采用什么方法 获取纳米材料生长过程的信息，搞清楚纳米材料生长过程的热力学、动力学及其生长机理， 总结纳米材料生长的特征和规律，给出科学合理的解释，从而实现纳米材料的可控生长，进 而达到结构和物性的调控，一直是纳米材料制备科学追求的目标。目前，研究纳米材料的生长过程主要有以下几种方法(1)用经典的结晶动力学 理论来研究纳米材料生长[Sugimoto T, Kimijima K. Journal of Physical Chemistry B. 2003;107;10753-9]，即在一定条件下对所合成的纳米材料进行终态(或中间态)检 测，表征形态、结构、组成和物性，由检测结果进行分析，探索可控合成的生长条件，研 究生长机理和生长动力学[郭敏，刁鹏，王新东，蔡生民.北京科技大学学报.2007 ；7 ； 735-8+749] ； (2)用电镜原位研究纳米材料生长过程[a)Zhang XZ, Zhang JM, Chen L， Xu J, You LP, Yu DP.AppliedPhyscis A =Materials Science&Processing. 2008 ;92 ; 669-672. b) Stach FA, Pauzuskie PJ, Kuykendall T, Goldberger J, He RR, Yang PD.Nano Letters. 2003 ；3 ；867-9. c)Radisic A,VereeckenPM,Hannon JB,Searson PC,Rss FM. Nano Letters. 2006 ；6 ；238-42. d) Chou YC, Wu WW, ChengSL, Yoo B-Y, Myung N, Chen LJ, Tu KN. Nano Letters. 2008 ；8 ；2194-9. ] ； (3)用扫描隧道显微镜实时观测纳米材料生长[a) Skutnik PD, Sgarlata A, Nufris S, Motta N, Balzarotti A. PhysicalReview B. 2004 ； 69 ；201309. b)Zell CA, Freyland W. Langmuir. 2003 ；19 ；7445-50. ] ； (4)用椭圆偏振诊断 技术对纳米材料的生长动力学、性质进行在线监测[Logothetidis S，Gioti M，Patsalas P. Diamond and Related Materials. 2001 ；10 ；117-24. ] ； (5)用同位加速器 X 射线吸收原 位观测纳米结构成核以及生长过程[Lngham B, Llly BN, Ryan MP. Journal of Physical Chemistry C. 2008 ；112 ；2820-4. ] ； (6)用紫外光谱(UV)吸收对纳米簇生长过程进行实 时在线动力学石if究[Mercado L, Castro W, Vicuiia E, Briano JG, Ishikawa Y, Irizarry R, SolaL, Castro ME. International Conference on Computational Nanoscience and Nanotechnology-ICCN. 2002 ；439-42. ] ； (6)用石英晶体微天平结合原位X射线光电子能谱 对纳米结构的生长速率进行在线监测[Chelly R，Werckmann J,Angot T,Louis P,Bolmont D, Koulmann JJ Thin SolidFilms. 1997 ；294 ；84-7.]。以上这些方法存在的问题是不能用通常的生长参数(温度、浓度等)描述纳米材 料非平衡生长过程的瞬时变化动态精细信息。即无法用通常的某种参数跟踪描述纳米材 料生长的全过程，包括化学反应、成核生长和形貌演化的热力学信息、动力学信息及生长机 理，无法说明生长过程的不同与最终形貌不同的必然联系，在很多情况下对生长机理的解 释只是推测的结果。如用XRD研究纳米粒子的生长动力学，仅对球形粒子适用而且不能同步跟踪；电镜原位研究纳米材料生长是在电镜监测所需要的特殊条件下进行的，与通常纳 米材料的生长实际环境完全不同，不能够应用于普遍的纳米材料生长过程研究。另外，原位 电镜法虽然能直观观察纳米材料的生长演变过程，但仍然不能获得纳米材料非平衡生长过 程中粒子间相互作用的热力学信息和动力学信息；用扫描隧道显微镜能从原子、分子水平 上进行纳米材料生长机理的研究，也不能获得纳米材料生长过程中粒子间相互作用的热力 学信息和动力学信息，另外，所需设备昂贵、条件苛刻，不能用于通常条件下的纳米材料生 长过程研究
发明内容
本发明的目的是为了克服上述现有技术存在的缺陷而采用一种能同时提供过程 热力学信息和动力学信息的微量热法，该方法能自动化地在线监测体系变化过程；具有快 速准确地直接获取过程的热力学和动力学信息的独特优势；能准确地测量过程的热效应并 计算处理获得过程的动力学参数和热效应变化规律，可以推测反应过程的机理、分子结构 的变化；对体系的溶剂性质、光谱性质和电学性质等没有任何条件限制；能高精度精细地 控制纳米体系的环境条件，这使监测纳米材料生长过程中的化学反应、成核、生长、纳米结 构形成、形貌演化等过程瞬时动态的热力学信息和动力学信息成为可能。本发明的目的可以通过以下技术方案来实现1)、取原料烷基聚氧乙烯(10)醚、环己烷、正辛醇和Na2MoO4水溶液放入50mL的烧 杯中，选定正辛醇的物质的量与烷基聚氧乙烯(10)醚的物质的量的比值P为0. 25,Na2MoO4 水溶液的物质的量与烷基聚氧乙烯(10)醚的物质的量的比值ω为20，Na2MoO4水溶液的浓 度为0. lmol/L，将上述各组分混合后，于恒温磁力搅拌器上强烈搅拌30分钟，配制成均勻 的微乳液A ；2)、取原料烷基聚氧乙烯(10)醚、环己烷、正辛醇和Cd(NO3)2水溶液放入50mL 的烧杯中，选定正辛醇的物质的量与烷基聚氧乙烯(10)醚的物质的量的比值P为0. 25， Cd(NO3)2水溶液的物质的量与烷基聚氧乙烯(10)醚的物质的量的比值ω为20，Cd(NO3)2 水溶液的浓度为0. lmol/L，将上述各组分混合后，于恒温磁力搅拌器上强烈搅拌30分钟， 配制成均勻的微乳液B;3)、取ImL微乳液A装入直径1. 0cm、高4. 5cm的小玻璃样品池，取ImL微乳液B装 入直径1. 2cm、高6. 5cm的大玻璃样品池，将小样品池套入大样品池中，再将大样品池放入 不锈钢反应池中，然后将不锈钢反应池放入RD496-2000微热量计中，待基线稳定后将小样 品池捅破使微乳液A与微乳液B混合，通过微量热计记录热电势的变化，获取钼酸镉八面体 原位生长的热谱曲线；4)、量热仪中整个过程是在室温下进行的，反应时间为0 48小时；5)、将步骤4)中不同反应时间得到的白色沉淀离心分离，用丙酮、无水乙醇和蒸 馏水多次洗涤，再利用电镜技术进行表征；6)、将步骤5)中得到的不同反应时间的钼酸镉颗粒的电镜图片与热谱曲线进行 结合，研究其生长机理。与现有技术相比，本发明具有以下特点1、本发明中的钼酸镉纳米八面体原位生长研究采用的是微量热法，该方法能自动化地在线监测体系变化过程，能同时提供过程热力学信息和动力学信息。2、本发明可广泛应用于其他无机功能材料原位生长过程的研究。
图1为本发明实施原位生长研究使用的自行研制的不锈钢反应池、大样品池和小样品池的照片；图2a为本发明实施例1获取的热谱曲线图，图2b为制备的CdMoO4纳米八面体的 TEM 图；图3a为本发明实施例2获取的热谱曲线图，图3b为制备的CdMoO4纳米八面体的 TEM 图；图4a为本发明实施例3获取的热谱曲线图，图4b为制备的CdMoO4纳米八面体的 TEM 图；图5为本发明方法制得的CdMoO4纳米八面体的X射线衍射图(XRD)。
具体实施例方式下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，实施例的描述仅为便于理解本发 明，而非对本发明保护的限制。实施例1制备包含0. lmol/L Mo042_的微乳液A，其中正辛醇与烷基聚氧乙烯(10)醚的物质 的量的比值P为0. 25，水与烷基聚氧乙烯(10)醚的物质的量比ω为20，其余为油相含量； 制得相应的各组分含量与微乳液A —致的Cd2+的微乳液B。分别取ImL微乳液A和ImL微 乳液B装入小样品池和大样品池(图1)，将小样品池套入大样品池中，再将大样品池放入不 锈钢反应池中，然后将不锈钢反应池放入RD496-2000微热量计中，待基线稳定后将小样品 池捅破使微乳液A与微乳液B混合，通过微量热计记录热电势的变化，获取t = 0. 5min时 CdMoO4晶体原位生长过程的热谱曲线(图2a)，将得到的白色沉淀离心分离，再用丙酮、无 水乙醇和蒸馏水多次洗涤以除去多余的表面活性剂和无机离子，从而得到约15nm的CdMoO4 八面体(图2b)。实施例2制备包含0. lmol/L Mo042_的微乳液A，其中正辛醇与烷基聚氧乙烯(10)醚的物质 的量的比值P为0. 25，水与烷基聚氧乙烯(10)醚的物质的量比ω为20，其余为油相含量； 制得相应的各组分含量与微乳液A —致的Cd2+的微乳液B。分别取ImL微乳液A和ImL微 乳液B装入小样品池和大样品池(图1)，将小样品池套入大样品池中，再将大样品池放入 不锈钢反应池中，然后将不锈钢反应池放入RD496-2000微热量计中，待基线稳定后将小样 品池捅破使微乳液A与微乳液B混合，通过微量热计记录热电势的变化，获取t = 2. 5h时 CdMoO4晶体原位生长过程的热谱曲线(图3a)，将得到的白色沉淀离心分离，再用丙酮、无 水乙醇和蒸馏水多次洗涤以除去多余的表面活性剂和无机离子，从而得到边长约22nm的 CdMoO4八面体(图3b)。实施例3制备包含0. lmol/L Mo042_的微乳液A，其中烷基聚氧乙烯(10)醚的物质的量与正辛醇的物质的量的比值P为0. 25，水与烷基聚氧乙烯(10)醚的摩尔比ω为20，其余为油相含量；制得相应的各组分含量与微乳液A致的Cd2+的微乳液B。分别取ImL微乳液A和 ImL微乳液B装入小样品池和大样品池(图1)，将小样品池套入大样品池中，再将大样品池 放入不锈钢反应池中，然后将不锈钢反应池放入RD496-2000微热量计中，待基线稳定后将 小样品池捅破使微乳液A与微乳液B混合，通过微量热计记录热电势的变化，获取t = 48h 时CdMoO4晶体原位生长过程的热谱曲线(图4a)，将得到的白色沉淀离心分离，再用丙酮、 无水乙醇和蒸馏水多次洗涤以除去多余的表面活性剂和无机离子，从而得到边长约25nm 的CdMoO4八面体(图4b)。
权利要求
一种研究钼酸镉纳米八面体原位生长过程的新方法，其特征在于该方法是采用高精度、高灵敏度的RD496-2000微热量计对钼酸镉纳米八面体的原位生长动态进行实时在线监测，同时获取钼酸镉纳米八面体生长过程的热动力学信息，与电镜表征技术相结合，研究其生长过程的热动力学和生长机理1)、取原料烷基聚氧乙烯(10)醚、环己烷、正辛醇和Na2MoO4水溶液放入50mL的烧杯中，选定正辛醇的物质的量与烷基聚氧乙烯(10)醚的物质的量的比值P为0.25，Na2MoO4水溶液的物质的量与烷基聚氧乙烯(10)醚的物质的量的比值ω为20，Na2MoO4水溶液的浓度为0.1mol/L，将上述各组分混合后，于恒温磁力搅拌器上强烈搅拌30分钟，配制成均匀的微乳液A；2)、取原料烷基聚氧乙烯(10)醚、环己烷、正辛醇和Cd(NO3)2水溶液放入50mL的烧杯中，选定正辛醇的物质的量与烷基聚氧乙烯(10)醚的物质的量的比值P为0.25，Cd(NO3)2水溶液的物质的量与烷基聚氧乙烯(10)醚的物质的量的比值ω为20，Cd(NO3)2水溶液的浓度为0.1mol/L，将上述各组分混合后，于恒温磁力搅拌器上强烈搅拌30分钟，配制成均匀的微乳液B；3)、取1mL微乳液A装入直径1.0cm、高4.5cm的小玻璃样品池，取1mL微乳液B装入直径1.2cm、高6.5cm的大玻璃样品池，将小样品池套入大样品池中，再将大样品池放入不锈钢反应池中，然后将不锈钢反应池放入RD496-2000微热量计中，待基线稳定后将小样品池捅破使微乳液A与微乳液B混合，通过微量热计记录热电势的变化，获取钼酸镉八面体原位生长的热谱曲线；FSA00000101214000011.tif
2.量热仪中整个过程是在室温下进行的，反应时间为0 48小时；
3.将权利要求幺中不同时间得到的白色沉淀离心分离，用丙酮、无水乙醇和蒸馏水多 次洗涤，得到钼酸镉纳米八面体；
4.将权利要求多中得到的不同时间的钼酸镉颗粒的电镜照片与热谱曲线进行关联，研 究其生长机理。
全文摘要
本发明采用微量热法对钼酸镉纳米八面体原位生长过程进行了研究，该方法选用原料非离子表面活性剂烷基聚氧乙烯(10)醚、环己烷、正辛醇和Na2MoO4水溶液及Cd(NO3)2水溶液，将各组分混合后分别制备成均匀透明的Na2MoO4的微乳液和Cd(NO3)2的微乳液，取Na2MoO4的微乳液1mL装入直径1.0cm、高4.5cm的小玻璃样品池，Cd(NO3)2的微乳液1mL装入直径1.2cm、高6.5cm的大玻璃样品池，将小样品池套入大样品池中，再将大样品池放入不锈钢反应池中，然后将不锈钢反应池放入RD496-2000微热量计中，待基线稳定后将小样品池捅破使Na2MoO4微乳液和Cd(NO3)2微乳液混合，通过微热量计实时记录热电势的变化来获取钼酸镉生长过程的热动力学信息，与电镜表征技术相结合，研究其生长过程的热动力学和生长机理。本发明利用RD496-2000微热量计能自动化地在线监测体系变化过程，同时提供过程热力学信息和动力学信息；能高精度精细地控制纳米体系的环境条件；对体系的溶剂性质、光谱性质和电学性质等没有任何条件限制。它具有操作安全简单、精度和灵敏度高、可广泛用于无机功能材料原位生长过程的研究。
文档编号C01G39/00GK101811735SQ201010153459
公开日2010年8月25日 申请日期2010年4月23日 优先权日2010年4月23日
发明者姜俊颖, 李艳芬, 米艳, 谭学才, 黄在银 申请人:广西民族大学