一种金属氧化物MoO3纳米带及其制备方法

一种金属氧化物moo3纳米带及其制备方法
技术领域
1.本发明涉及纳米材料技术领域，具体涉及一种金属氧化物moo3纳米带及其制备方法。


背景技术：

2.近年来，在纳米技术领域中，一维材料的迅速发展使得纳米带状材料成为人们研究的热点。由于纳米带状材料往往具有其对应块体材料所没有的光、电、磁、催化、储能等功能性能，所以纳米带状材料具有很广泛的潜在应用前景。通过“由下而上”制备方法，其纳米晶的生长大体是以包含目标元素的原子或分子为前驱体，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。申请号为201610828412.3的专利公开了一种金属钼纳米片的制备方法，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，制得的钼纳米片为钼金属单质，形貌为片状。该方法制备得到的是钼金属单质，而金属氧化物moo3纳米带的特殊性能，已广泛地应用于工农业领域，具有很大的应用前景。因此，如何利用钼源通过简单方便、控制精度低、重复性好的方法来制备金属氧化物moo3纳米带是需要解决的问题。


技术实现要素：

3.针对上述现有技术，本发明的目的是提供一种金属氧化物moo3纳米带及其制备方法。本发明通过钼盐分解、铜离子和氢气诱导成核-生长制备得到金属氧化物moo3纳米带。复合铜钼源在加热条件下使钼源分解，在载气气氛内被氢气和铜离子诱导成核-生长，进而得到金属氧化物moo3纳米带。
4.为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
5.本发明的第一方面，提供一种金属氧化物moo3纳米带的制备方法，所述制备方法为：将钼源和铜源混合均匀，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，得到金属氧化物moo3纳米带。
6.优选的，步骤(1)中，钼源和铜源混合均匀的方法为：将钼源和铜源分别用水溶解，然后混合均匀，冷冻干燥后得到冻干物即混合均匀。然后通入载气，冻干物进行升温至目标温度进行保温反应。
7.除了利用冷冻干燥进行混合，还可以将钼源和镁源通过研磨进行混合。
8.优选的，冷冻干燥的温度为-40℃，先预冷冻2～5h(直至样品完全冻结成冰)，然后抽真空至50pa以下，冷冻干燥12～24h(直至样品完全干燥)。
9.优选的，步骤(1)中，所述钼源为钼酸铵或钼酸盐；
10.更为优选的，所述钼源为钼酸铵。
11.优选的，步骤(1)中，所述铜源为氯化铜或铜盐；
12.更为优选的，所述铜源为氯化铜。
13.优选的，步骤(1)中，所述钼源与铜源中钼与铜的摩尔比为(0.5～2):1；
14.更为优选的，钼与铜的摩尔比为1:1。
15.优选的，步骤(2)中，所述保温的温度为250～350℃，保温的时间为60～240min；
16.更为优选的，所述保温的温度为为290℃，保温的时间为120min。
17.优选的，步骤(2)中，所述载气为氩氢混合气或氮氢混合气；
18.更为优选的，所述载气为5～20vol％h2/ar混合气。
19.更为优选的，所述载气为10vol％h2/ar混合气。
20.本发明的第二方面，提供上述制备方法制备得到的金属氧化物moo3纳米带。
21.本发明制备的金属氧化物moo3纳米带宏观上为堆积蓬松的竹子叶或条形叶状。
22.优选的，所述金属氧化物moo3纳米带的长度为3～10μm，宽度为2μm，厚度《100nm。
23.本发明的有益效果：
24.本发明制备金属氧化物moo3纳米带的方法简单、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。并且对制备环境要求较低，有助于金属氧化物moo3纳米带的实际应用及工业化生产。
附图说明
25.图1为本发明的实施例1制得的金属氧化物moo3纳米带的x射线衍射图(xrd)；
26.图2为本发明的实施例1制备的金属氧化物moo3纳米带的扫描电子显微镜(sem)照片，比例尺100μm；
27.图3为本发明的实施例1制备的金属氧化物moo3纳米带的扫描电子显微镜(sem)照片，比例尺30μm；
28.图4为本发明的实施例1制备的金属氧化物moo3纳米带的扫描电子显微镜(sem)照片，比例尺10μm；
29.图5为本发明的实施例2制备的金属氧化物moo3纳米带的扫描电子显微镜(sem)照片，比例尺20μm；
30.图6为本发明的实施例3制备的金属氧化物moo3纳米带的扫描电子显微镜(sem)照片，比例尺5μm；
31.图7为本发明的实施例4制备的金属氧化物moo3纳米带的扫描电子显微镜(sem)照片，比例尺5μm。
具体实施方式
32.应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本技术提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本技术所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
33.正如背景技术部分介绍的，通过“由下而上”制备方法，其纳米晶的生长大体是以包含目标元素的原子或分子为前驱体，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。
34.基于此，本发明的目的是提供一种金属氧化物moo3纳米带及其制备方法。本发明
在载气条件下进行加热反应，同时发生钼盐分解、以及铜离子和氢气诱导成核-生长。复合铜钼源在加热条件下使钼源分解，在载气气氛内被氢气和铜离子诱导成核-生长，如果没有铜和氢气诱导，钼源会分解成氧化钼颗粒。而在铜的诱导下，辅以氢气辅助诱导，钼源分解生成的氧化钼的形貌是纳米带，所以本发明能够得到金属氧化物moo3纳米带。
35.为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本技术的技术方案，以下将结合具体的实施例详细说明本技术的技术方案。
36.本发明实施例中所用的试验材料均为本领域常规的试验材料，均可通过商业渠道购买得到。
37.实施例1
38.将钼酸铵与氯化铜(钼与铜摩尔比为1:1)分别加入少量水溶解，然后将两种溶液混合均匀，-40℃预冷冻3h，然后抽真空至50pa以下，冷冻干燥12h，将冷冻干燥后的样品放入管式炉内的有效加热区域石英管中，然后通入10vol％h2/ar气体，控制升温速率为5℃/min，反应温度为290℃；
39.当管式炉温度达到290℃时，保温120min，反应后冷却至室温，得到金属氧化物moo3纳米带。
40.通过x射线衍射图(xrd)结果(图1)表征本实施例得到的产物为三氧化钼。
41.扫描电镜照片如图2-4所示，得到的金属氧化物moo3纳米带宏观上为堆积蓬松的竹子叶或条形叶状，微观上尺寸均匀且长度为3～10μm左右，宽度为2μm左右，厚度《100nm。
42.实施例2
43.按照实施例1中的方法制备的金属氧化物moo3纳米带。不同的是，反应温度为250℃，反应后，关闭管式炉，冷却至室温，得到金属氧化物moo3纳米带。
44.本实施例获得的产物与实施例1结果相似，同样制备出了金属氧化物moo3纳米带；制得的金属氧化物moo3纳米带的sem图如图5，微观上尺寸均匀且长度为3～10μm左右，宽度为2μm左右，厚度《100nm，为堆积蓬松的竹子叶或条形叶状。
45.实施例3
46.按照实施例1中的方法制备的金属氧化物moo3纳米带。不同的是，反应温度为350℃，反应后，关闭管式炉，冷却至室温，得到金属氧化物moo3纳米带。
47.本实施例获得的产物与实施例1结果相似，同样制备出了金属氧化物moo3纳米带；得到的金属氧化物moo3纳米带的sem图如图6所示，微观上尺寸均匀且长度为3～10μm左右，宽度为2μm左右，厚度《100nm，为堆积蓬松的竹子叶或条形叶状。
48.实施例4
49.按照实施例1中的方法制备金属氧化物moo3纳米带。不同的是，采用钼与铜摩尔比为0.5:1，反应结束后，关闭管式炉，冷却至室温，即得到金属氧化物moo3纳米带。
50.本实施例获得的产物与实施例1结果相似，同样制备出了金属氧化物moo3纳米带；得到的金属氧化物moo3纳米带的sem图如图7所示，微观上尺寸均匀且长度为3～10μm左右，宽度为2μm左右，厚度《100nm，为堆积蓬松的竹子叶或条形叶状。
51.实施例5
52.按照实施例1中的方法制备金属氧化物moo3纳米带。不同的是，采用钼与铜摩尔比为2:1，反应结束后，关闭管式炉，冷却至室温，即得到金属氧化物moo3纳米带。
53.本实施例获得的产物与实施例1结果相似，同样制备出了金属氧化物moo3纳米带；微观上尺寸均匀且长度为3～10μm左右，宽度为2μm左右，厚度《100nm，为堆积蓬松的竹子叶或条形叶状。
54.实施例6
55.按照实施例1中的方法制备的金属氧化物moo3纳米带。不同的是，反应升温速率设为20℃/min，反应结束后，关闭管式炉，冷却至室温，得到金属氧化物moo3纳米带。
56.本实施例获得的产物与实施例1结果相似，同样制备出了金属氧化物moo3纳米带；为堆积蓬松的竹子叶或条形叶状。
57.实施例7
58.按照实施例1中的方法制备的金属氧化物moo3纳米带。不同的是，反应保温时间设为60min，反应结束后，关闭管式炉，冷却至室温，得到金属氧化物moo3纳米带。
59.本实施例获得的产物与实施例1结果相似，同样制备出了金属氧化物moo3纳米带；为堆积蓬松的竹子叶或条形叶状。
60.实施例8
61.按照实施例1中的方法制备的金属氧化物moo3纳米带。不同的是，反应保温时间设为240min，反应结束后，关闭管式炉，冷却至室温，得到金属氧化物moo3纳米带。
62.本实施例获得的产物与实施例1结果相似，同样制备出了金属氧化物moo3纳米带；为堆积蓬松的竹子叶或条形叶状。
63.实施例9
64.按照实施例1中的方法制备的金属氧化物moo3纳米带。不同的是，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，即得到金属氧化物moo3纳米带。
65.本实施例结果与实施例1结果相似，同样制备出了金属氧化物moo3纳米带；为堆积蓬松的竹子叶或条形叶状。
66.实施例10
67.按照实施例1中的方法制备的金属氧化物moo3纳米带。不同的是，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，即得到金属氧化物moo3纳米带。
68.本实施例结果与实施例1结果相似，同样制备出了金属氧化物moo3纳米带；为堆积蓬松的竹子叶或条形叶状。
69.实施例11
70.按照实施例1中的方法制备金属氧化物moo3纳米带。不同的是，采用钼酸钠为钼源，反应结束后，关闭管式炉，冷却至室温，即得到金属氧化物moo3纳米带。
71.本实施例结果与实施1结果相似，同样制备出了金属氧化物moo3纳米带；为堆积蓬松的竹子叶或条形叶状。
72.实施例12
73.按照实施例1中的方法制备金属氧化物moo3纳米带。不同的是，采用10vol％h2/n2为气源，反应结束后，关闭管式炉，冷却至室温，即得到金属氧化物moo3纳米带。
74.本实施例结果与实施1结果相似，同样制备出了金属氧化物moo3纳米带；为堆积蓬
松的金属氧化物moo3纳米带。
75.从上述实施例可以看出，本发明通过简单易行的方法制备出了金属氧化物moo3纳米带。
76.以上所述仅为本技术的优选实施例而已，并不用于限制本技术，对于本领域的技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。