[发明专利]一种合成棒状和海胆状氧化钼基纳米材料的方法

说明书

技术领域

本发明涉及α-三氧化钼纳米棒和高密度海胆状氧化钼基纳米材料的水热制备方法，具体地说是一种无模板剂，快速有效合成棒状和高密度海胆状氧化钼基纳米材料的方法，其通过无模板剂水热过程，快速有效制备α-三氧化钼纳米棒和高密度海胆状氧化钼基纳米材料。

背景技术

近年来，形貌各向异性纳米结构材料(包括纳米管、纳米线、纳米棒、纳米带)及其多尺度组装体在材料研究领域受到越来越多的关注。一方面，纳米级别的材料本身可以表现出与相应块体级别材料截然不同的物理化学性质；另一方面，形貌的各向异性有助于纳米材料的功能化、阵列、自组装操作，实现的多尺度组装体进而可以在制备功能化纳米器件领域找到潜在的应用。在众多研究的纳米材料中，氧化钼基纳米材料，尤其是α-三氧化钼吸引了研究者相当多的兴趣。氧化钼基纳米材料所具有的独特物理、化学性质使之被广泛用作担载型催化剂的活性组分、化学传感器的活性组分、可重复充放电的离子电池的阴极材料和荧光显示材料。近来，α-三氧化钼纳米棒被用作合成其他纳米氧化物时所采用的正相模板。而且，α-三氧化钼纳米带可做为场发射器的活性组分。

目前形貌各向异性氧化钼基纳米材料及其多尺度组装体的制备方法主要有物理方法、主客体/硬模板法和水热合成方法。

物理方法采用高温、惰性气流或真空下加热钼，在基板上生长二氧化钼的纳米线、纳米棒、纳米管等阵列。将阵列在含氧气的混合气下热处理，得到三氧化钼的阵列(WO2005040455，JP2004175619，JP2004203720)。物理方法也可采用低真空残留氧气条件下，红外辐射加热钼至高温，在基板上生长三氧化钼纳米管准阵列(Chem.Phys.Lett.2002，364，484)。物理方法多需要高温，真空等条件，对设备要求较高。

在主客体/硬模板法中，可将熔融的三氧化钼和开口的碳纳米管混合，在抽空密封的管内高温加热，在碳纳米管内部生成三氧化钼的填充纳米线(Chem.Commun.1996，2489)。使用钼酸水溶液浸润官能化的碳纳米管，干燥后高温焙烧去除模板可以得到三氧化钼纳米棒，有些情况下可以同时得到三氧化钼纳米管(J.Mater.Chem.2000，10，2115)。有研究工作者采用碱性钼酸盐溶液，在新鲜剥离的石墨表面电解生成平行于基板的氧化钼阵列(Science 2000，290，2120)。也有研究工作者采用阳极氧化铝为模板，在固态三氧化钼粉末中热处理后用氢气高温还原，利用模板的限制作用制备氧化钼纳米管阵列(Acta Phys.-Chim.Sin.2004，20，637)。

水热合成方法可以使用不同的有机导向模板剂合成宽度为纳米尺度的纤维、多尺度结构、多层介观结构。水合氧化钼与长链伯胺在混和溶剂中室温搅拌生成预插层的白色沉淀。水热处理该沉淀后将其在硝酸溶液中脱去伯胺，可以得到平行纳米纤维束(WO9826871，WO200259042)。钼酸铵、十六烷基三甲基溴化铵、硝酸水溶液混和后水热处理可以生成纳米带和放射状多尺度结构(Solid State Commun.2005，136，283)。三氧化钼和表面活性剂混和后水热处理可以生成多层介观纳米棒或纳米带(J.Phys.Chem.B2005，109，22758)。使用不同的硝酸盐作为模板剂，调节酸化仲钼酸铵的水热过程也可以对三氧化钼纳米材料进行一定程度的形貌调控(J.Phys.Chem.B 2006，110，2006)。