一种研究MnMoO₄·H₂O纳米棒原位生长过程的方法

专利名称：一种研究MnMoO₄·H₂O纳米棒原位生长过程的方法
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MnMoO4 · H2O纳米棒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. ] ； (7)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
本发明通过使用RD496-2000微热量计对MnMoO4 -H2O纳米棒的原位生长过程进行 实时监测，从而得到其生长图谱，结合XRD和TEM表征技术，研究MnMoO4 -H2O纳米棒原位生 长过程的热动力学规律和生长机理。本发明的目的可以通过以下技术方案来实现制备微乳液A和B，取适量A与B分别装入大样品池和小样品池(图1)中。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 量热计记录热电势随时间的变化，获取MnMoO4 -H2O纳米棒原位生长的热谱曲线。将最终得 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XRD和TEM技术进行 表征。将得到的MnMoO4 -H2O纳米棒晶体的XRD图谱和TEM图片与热谱曲线进行结合，研究 其生长热动力学规律和生长机理。与现有技术相比，本发明具有以下特点1、本发明中的MnMoO4 -H2O纳米棒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、本发明在RD496-2000微热量计中进行，该仪器对体系的溶剂性质、光谱性质和 电学性质等没有任何条件限制。3、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2为本发明实施例1获取的热谱曲线图；图3为制备的MnMoO4 · H2O纳米棒晶体的TEM图；图4为本发明方法制得的MnMoO4 · H2O纳米棒的XRD图谱。
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2. 57，水与烷基聚氧乙烯(10)醚的物质的量比ω为10，其余为油相含 量；制得相应的各组分含量与微乳液A —致的Mn2+的微乳液B。取ImL微乳液A装入直径 1. 2cm、高6. 5cm的大玻璃样品池，ImL微乳液B装入直径1. 0cm、高4. 5cm的小玻璃样品池， 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随时间的变化，获取t = 24h时MnMoO4 -H2O纳米棒晶体原位生长过 程的热谱曲线(图2)。量热计中整个过程是在298. 15K下进行的，反应时间为24小时。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，从而得到宽约70nm，长至4 μ m的MnMoO4 · H2O纳米棒(图3)。
权利要求
1.一种研究MnMoO4 · H2O纳米棒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MnMoO4 · H2O纳米棒的原位生长动态进行实时在 线监测，同时获取MnMoO4 ·Η20纳米棒生长过程的热动力学信息，结合XRD及TEM表征技术， 研究其生长过程的热动力学规律和生长机理；
2.量热仪中整个过程是在四8.15Κ下进行的，反应时间为M小时；
3.将权利要求2中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XRD及TEM技术进行表征；
4.将权利要求3中得到的MnMoO4· H2O晶体的XRD图谱和TEM图片与热谱曲线进行结 合，研究其生长过程的热动力学规律和生长机理。
全文摘要
本发明首次采用微量热法原位监测了298.15K下微乳液法合成MnMoO4·H2O纳米棒的特征热谱曲线；通过XRD和TEM技术对MnMoO4·H2O纳米棒的结构、形貌及尺寸进行了表征。通过微热量计实时记录热电势随时间的变化来获取MnMoO4·H2O纳米棒原位生长过程的热动力学信息，结合XRD图谱和TEM图片，从而研究其生长过程的热动力学规律和生长机理。本发明利用高精度、高灵敏度的微热量计自动化地在线监测体系变化过程，同时获取过程热力学信息和动力学信息，为MnMoO4·H2O纳米棒原位生长过程的研究提供了新的方法，且此方法可广泛用于无机功能材料原位生长过程的研究。
文档编号C30B7/14GK102051667SQ20101060256
公开日2011年5月11日 申请日期2010年12月23日 优先权日2010年12月23日
发明者范高超, 陈洁, 马玉洁, 黄在银 申请人:广西民族大学