一種研究MnMoO₄·H₂O納米棒原位生長過程的方法

2023-10-04 21:45:59 1

專利名稱：一種研究MnMoO4·H2O納米棒原位生長過程的方法
技術領域：
本發明涉及一種無機功能納米材料原位生長過程的研究，特別涉及一種採用高精 度、高靈敏度的RD496-2000微熱量計研究MnMoO4 · H2O納米棒原位生長過程的方法。
背景技術：
納米材料為什麼會生長和如何生長，生長過程的規律和特徵如何？採用什麼方法 獲取納米材料生長過程的信息，搞清楚納米材料生長過程的熱力學、動力學及其生長機理， 總結納米材料生長的特徵和規律，給出科學合理的解釋，從而實現納米材料的可控生長，進 而達到結構和物性的調控，一直是納米材料製備科學追求的目標。目前，研究納米材料的生長過程主要有以下幾種方法(1)用經典的結晶動力學 理論來研究納米材料生長[Sugimoto T, Kimijima K. Journal of Physical Chemistry B. 2003;107;10753-9]，即在一定條件下對所合成的納米材料進行終態(或中間態)檢 測，表徵形態、結構、組成和物性，由檢測結果進行分析，探索可控合成的生長條件，研 究生長機理和生長動力學[郭敏，刁鵬，王新東，蔡生民.北京科技大學學報.2007 ；7 ； 735-8+749] ； (2)用電鏡原位研究納米材料生長過程[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)用掃描隧道顯微鏡實時觀測納米材料生長[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)用橢圓偏振診斷 技術對納米材料的生長動力學、性質進行在線監測[Logothetidis S，Gioti M，Patsalas P. Diamond and Related Materials. 2001 ；10 ；117-24. ] ； (5)用同位加速器 X 射線吸收原 位觀測納米結構成核以及生長過程[Lngham B, Llly BN, Ryan MP. Journal of Physical Chemistry C. 2008 ；112 ；2820-4. ] ； (6)用紫外光譜(UV)吸收對納米簇生長過程進行實 時在線動力學石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)用石英晶體微天平結合原位X射線光電子能譜 對納米結構的生長速率進行在線監測[Chelly R，Werckmann J,Angot T,Louis P,Bolmont D, Koulmann JJ. Thin SolidFilms. 1997 ；294 ；84-7.]。以上這些方法存在的問題是不能用通常的生長參數(溫度、濃度等)描述納米材 料非平衡生長過程的瞬時變化動態精細信息。即無法用通常的某種參數跟蹤描述納米材 料生長的全過程，包括化學反應、成核生長和形貌演化的熱力學信息、動力學信息及生長機 理，無法說明生長過程的不同與最終形貌不同的必然聯繫，在很多情況下對生長機理的解 釋只是推測的結果。如用XRD研究納米粒子的生長動力學，僅對球形粒子適用而且不能同步跟蹤；電鏡原位研究納米材料生長是在電鏡監測所需要的特殊條件下進行的，與通常納 米材料的生長實際環境完全不同，不能夠應用於普遍的納米材料生長過程研究。另外，原位 電鏡法雖然能直觀觀察納米材料的生長演變過程，但仍然不能獲得納米材料非平衡生長過 程中粒子間相互作用的熱力學信息和動力學信息；用掃描隧道顯微鏡能從原子、分子水平 上進行納米 材料生長機理的研究，也不能獲得納米材料生長過程中粒子間相互作用的熱力 學信息和動力學信息，另外，所需設備昂貴、條件苛刻，不能用於通常條件下的納米材料生 長過程研究。

發明內容
本發明通過使用RD496-2000微熱量計對MnMoO4 -H2O納米棒的原位生長過程進行 實時監測，從而得到其生長圖譜，結合XRD和TEM表徵技術，研究MnMoO4 -H2O納米棒原位生 長過程的熱動力學規律和生長機理。本發明的目的可以通過以下技術方案來實現製備微乳液A和B，取適量A與B分別裝入大樣品池和小樣品池(圖1)中。將 小樣品池套入大樣品池中，再將大樣品池放入不鏽鋼反應池中，然後將不鏽鋼反應池放入 RD496-2000微熱量計中，待基線穩定後將小樣品池捅破使微乳液A與微乳液B混合，通過微 量熱計記錄熱電勢隨時間的變化，獲取MnMoO4 -H2O納米棒原位生長的熱譜曲線。將最終得 到的白色沉澱離心分離，用丙酮、無水乙醇和蒸餾水多次洗滌，再利用XRD和TEM技術進行 表徵。將得到的MnMoO4 -H2O納米棒晶體的XRD圖譜和TEM圖片與熱譜曲線進行結合，研究 其生長熱動力學規律和生長機理。與現有技術相比，本發明具有以下特點1、本發明中的MnMoO4 -H2O納米棒原位生長研究採用的是微量熱法，該方法能自動 化地在線監測體系變化過程，能同時提供過程熱力學信息和動力學信息。2、本發明在RD496-2000微熱量計中進行，該儀器對體系的溶劑性質、光譜性質和 電學性質等沒有任何條件限制。3、本發明可廣泛應用於其他無機功能材料原位生長過程的研究。


圖1為本發明實施原位生長研究使用的自行研製的不鏽鋼反應池、大樣品池和小 樣品池的照片；圖2為本發明實施例1獲取的熱譜曲線圖；圖3為製備的MnMoO4 · H2O納米棒晶體的TEM圖；圖4為本發明方法製得的MnMoO4 · H2O納米棒的XRD圖譜。
具體實施例方式下面結合具體實施例對本發明作進一步說明，實施例的描述僅為便於理解本發 明，而非對本發明保護的限制。實施例1製備包含0. lmol/L Mo042_的微乳液A，其中正辛醇與烷基聚氧乙烯(10)醚的物質的量的比值P為2. 57，水與烷基聚氧乙烯(10)醚的物質的量比ω為10，其餘為油相含 量；製得相應的各組分含量與微乳液A —致的Mn2+的微乳液B。取ImL微乳液A裝入直徑 1. 2cm、高6. 5cm的大玻璃樣品池，ImL微乳液B裝入直徑1. 0cm、高4. 5cm的小玻璃樣品池， 將小樣品池套入大樣品池中，再將大樣品池放入不鏽鋼反應池中，然後將不鏽鋼反應池放 入RD496-2000微熱量計中，待基線穩定後將小樣品池捅破使微乳液A與微乳液B混合，通 過微量熱計記錄熱電勢隨時間的變化，獲取t = 24h時MnMoO4 -H2O納米棒晶體原位生長過 程的熱譜曲線(圖2)。量熱計中整個過程是在298. 15K下進行的，反應時間為24小時。將 得到的白色沉澱離心分離，再用丙酮、無水乙醇和蒸餾水多次洗滌以除去多餘的表面活性 劑和無機離子，從而得到寬約70nm，長至4 μ m的MnMoO4 · H2O納米棒(圖3)。
權利要求
1.一種研究MnMoO4 · H2O納米棒原位生長過程的新方法，其特徵在於該方法是採用高 精度、高靈敏度的RD496-2000微熱量計對MnMoO4 · H2O納米棒的原位生長動態進行實時在 線監測，同時獲取MnMoO4 ·Η20納米棒生長過程的熱動力學信息，結合XRD及TEM表徵技術， 研究其生長過程的熱動力學規律和生長機理；
2.量熱儀中整個過程是在四8.15Κ下進行的，反應時間為M小時；
3.將權利要求2中得到的白色沉澱離心分離，用丙酮、無水乙醇和蒸餾水多次洗滌，再 利用XRD及TEM技術進行表徵；
4.將權利要求3中得到的MnMoO4· H2O晶體的XRD圖譜和TEM圖片與熱譜曲線進行結 合，研究其生長過程的熱動力學規律和生長機理。
全文摘要
本發明首次採用微量熱法原位監測了298.15K下微乳液法合成MnMoO4·H2O納米棒的特徵熱譜曲線；通過XRD和TEM技術對MnMoO4·H2O納米棒的結構、形貌及尺寸進行了表徵。通過微熱量計實時記錄熱電勢隨時間的變化來獲取MnMoO4·H2O納米棒原位生長過程的熱動力學信息，結合XRD圖譜和TEM圖片，從而研究其生長過程的熱動力學規律和生長機理。本發明利用高精度、高靈敏度的微熱量計自動化地在線監測體系變化過程，同時獲取過程熱力學信息和動力學信息，為MnMoO4·H2O納米棒原位生長過程的研究提供了新的方法，且此方法可廣泛用於無機功能材料原位生長過程的研究。
文檔編號C30B7/14GK102051667SQ20101060256
公開日2011年5月11日 申請日期2010年12月23日 優先權日2010年12月23日
發明者範高超, 陳潔, 馬玉潔, 黃在銀 申請人:廣西民族大學