一种MoO3片状结构的静电纺丝合成方法技术

本发明专利技术公开了一种MoO3片状结构的静电纺丝合成方法，步骤包括：将钼盐、盐酸羟胺、盐酸多巴胺、PVP加入到乙醇、DMF和1,5‑戊二醇的混合溶剂中，搅拌得到纺丝液，通过静电纺丝法形成前驱体纤维；所得前驱体纤维煅烧，得到产品。本发明专利技术设计了一种新颖的前驱体反应体系，所需原料来源广泛，价格低廉，设备工艺操作简便，参数可控，产物尺寸均一，重复性和分散性较好，在气敏传感、吸附等领域具有广阔的应用前景。

A method of electrospinning synthesis of MoO_3 sheet structure

The invention discloses a method for electrospinning synthesis of MoO 3 sheet structure. The steps include: adding molybdenum salt, hydroxylamine hydrochloride, dopamine hydrochloride and PVP into the mixed solvent of ethanol, DMF and 1,5_pentanediol, stirring to obtain the spinning solution, forming the precursor fiber by electrospinning, calcining the precursor fiber and obtaining the product. The invention designs a novel precursor reaction system, which requires a wide range of raw materials, low price, simple equipment operation, controllable parameters, uniform product size, good repeatability and dispersion, and has broad application prospects in gas sensing, adsorption and other fields.

【技术实现步骤摘要】
一种MoO3片状结构的静电纺丝合成方法
本专利技术涉及一种MoO3片状结构的合成方法，具体涉及一种尺寸可调的MoO3片状结构的静电纺丝合成方法。
技术介绍
作为最重要的功能材料之一，MoO3是一种环保的n型半导体材料，其带隙约为2.39-2.9eV，由于其特殊的量子尺寸效应、表面效应和高反应特性，在光催化剂、气体传感器、电化学、场发射和气致变色以及光致变色器件等领域引起了广泛的关注。调整MoO3纳米结构对于提供许多独特的性能是必不可少的，例如对于各种重要应用的大比表面积和特定尺寸效应。迄今为止，MoO3已经通过多种合成方法被设计成不同的纳米结构，包括使用热丝化学气相沉积技术合成颗粒，通过水热技术或者类似的合成方法形成纳米带，通过热蒸发合成纳米线和纳米线阵列，通过改进的热板法产生纳米片，通过溶剂热法产生纤维，及通过蒸发诱导自组装过程制备介孔薄膜。但是，这些合成方法有一些限制。例如，热蒸发法需要使用催化剂或真空条件。溶剂热反应通常涉及多个步骤，并使用稳定剂和有机溶剂。因此，有必要探索形态可控，但经济和可扩展的方法来制造特殊结构的MoO3。迄今为止，利用静电纺丝法制备的MoO3纳米材料形貌多以一维微纳米结构为主，团聚现象明显，分散性差，其各种性质尚存在很大的提升空间。目前，还未发现采用静电纺丝法制备MoO3片状结构的报道，MoO3片状结构的合成过程受控因素多，技术路线难以把握。所以，通过选择合适的前驱体纺丝液体系，调控静电纺丝参数和热处理过程，进而实现MoO3片状结构规模化生产，将变得十分有意义。
技术实现思路
本专利技术针对现有方法存在的不足，提供了一种MoO3片状结构的静电纺丝合成方法，该方法工艺简单、可控性好、原料易于获得、重复性好，所得产品微观结构尺寸可调，分散性好，便于规模化生产。本专利技术的具体技术方案如下：一种MoO3片状结构的静电纺丝合成方法，该方法包括以下步骤：（1）将钼盐、盐酸羟胺、盐酸多巴胺和聚乙烯吡咯烷酮（PVP）加入到乙醇、N,N-二甲基甲酰胺（DMF）和1,5-戊二醇的混合溶剂中，搅拌得到纺丝液；（2）将步骤（1）的纺丝液通过静电纺丝形成前驱体纤维，然后将前驱体纤维煅烧，得到MoO3片状结构。进一步的，上述步骤（1）中，所述钼盐为钼的卤化物，例如氯化钼。进一步的，上述步骤（1）中，钼盐、盐酸羟胺、盐酸多巴胺和PVP的摩尔比为1：0.1-0.4：0.04-0.08：4.0-6.0，其中PVP的摩尔量按其聚合单体的摩尔量计算。进一步的，上述步骤（1）中，乙醇、DMF和1,5-戊二醇的体积比为1：2.5-5.0：0.2-0.4。进一步的，上述步骤（1）中，钼盐在乙醇、DMF和1,5-戊二醇的混合溶剂中的浓度为0.2-0.4mol/L。进一步的，上述步骤（2）中，静电纺丝时，正电压为15-20KV，负电压为0.5KV，接收距离为16-20cm，注射器推进速度为0.001-0.002mm/s。进一步的，上述步骤（2）中，将前驱体纤维在空气气氛中进行煅烧。煅烧温度为450-550℃，煅烧时间一般为1-5h。优选的，将前驱体纤维按照1-3℃/min的升温速度由室温升至450-550℃进行煅烧。进一步的，上述步骤（2）中，煅烧可以在马弗炉中进行。本专利技术所得MoO3为片状形貌，为静电纺丝法制备MoO3材料提供了新的形貌。该MoO3片状结构为微米级，尺寸较为均一，分散性好。进一步的，所得MoO3片状结构的表面光滑，无其他颗粒附着，但是周围有些杂乱，可能是由于MoO3材料较强的吸附作用所致。经XRD和SEM图验证，该MoO3片状结构成分为MoO3。MoO3片状结构尺寸为0.2-2μm，厚度为40-300nm。本专利技术通过选择混合溶剂的组成与比例、原料的加入量与浓度等设计了一种新颖的前驱体纺丝液反应体系，该前驱体纺丝液反应体系在静电纺丝过程中易于控制成纤过程。其中，PVP为导电聚合物，盐酸羟胺为抗氧剂，使得Mo源缓慢氧化成核，盐酸多巴胺为高温分散剂，盐酸羟胺与盐酸多巴胺的存在能够调节纺丝液体系的粘度、电解质浓度、电导率等参数，经静电纺丝容易得到直径可调的前驱体纤维。在前驱体纤维高温煅烧过程中，有机物的氧化还原反应及盐酸羟胺与盐酸多巴胺的分解会调控MoO3的形貌。在高温条件下结合各反应物的分解反应，驱动MoO3片状结构的形成，最终得到了形貌特殊的MoO3片状结构。本专利技术原料来源广、价格便宜，前驱体纺丝液的组分易于控制，静电纺丝过程操作简便，产物尺寸可调、颗粒尺寸分布范围窄、分散性好、形貌均一特殊、重复性好，产量大，适合于规模化生产，有利于MoO3基材料的实际应用，在光催化剂、气体传感器、电化学、场发射和气致变色以及光致变色器件等领域具有潜在的应用价值。附图说明图1为本专利技术实施例1合成的MoO3片状结构的X射线衍射（XRD）图谱。图2为本专利技术实施例1合成的MoO3片状结构的扫描电镜（SEM）图片。图3为本专利技术实施例1合成的MoO3片状结构的SEM图片。具体实施方式下面通过实施例对本专利技术进行进一步的阐述，下述说明仅为了解释本专利技术，并不对其内容进行限定。本专利技术所用PVP的分子量大于100万，下述实施例中，所用PVP的分子量为1300000，PVP的摩尔数按单体计算，其单体摩尔质量为111。实施例11.1将0.4115g的五氯化钼（MoCl5）、0.0212g的盐酸羟胺、0.0174g的盐酸多巴胺、0.8325g的PVP加入到1.0mL的乙醇、3.8mL的DMF和0.2mL的1,5-戊二醇的混合溶剂中，搅拌得到纺丝液；1.2将上述纺丝液通过静电纺丝法得到前驱体纤维，纺丝参数为：正电压为18KV，负电压为0.5KV，接收距离为18cm，注射器推进速度为0.002mm/s。1.3将前驱体纤维折叠，平铺于方舟内，在空气气氛下按照1℃/min的升温速度由室温升至500℃，保温2h，样品随炉冷却后得到产物。产物的XRD结果如图1所示，从图中可以看出，所有的衍射峰均与标准XRD卡（35-0609）保持一致，证明所得产物为斜方晶系的MoO3晶相；产物的SEM图如图2和3所示，从图中可以看出，所得产物为典型的MoO3片状结构，表面光滑，无其他颗粒附着，尺寸较为均一、分散性好，片状结构的尺寸为0.8-1.1μm，厚度为120-160nm。实施例22.1将0.2194g的MoCl5、0.0056g的盐酸羟胺、0.0062g的盐酸多巴胺、0.3552g的PVP加入到1.0mL的乙醇、2.7mL的DMF和0.3mL的1,5-戊二醇的混合溶剂中，搅拌得到纺丝液；2.2将上述纺丝液通过静电纺丝法得到前驱体纤维，纺丝参数为：正电压为15KV，负电压为0.5KV，接收距离为16cm，注射器推进速度为0.001mm/s。2.3将前驱体纤维折叠，平铺于方舟内，在空气气氛下按照1℃/min的升温速度由室温升至550℃，保温5h，样品随炉冷却后得到MoO3片状结构。MoO3片状结构尺寸较为均一、分散性好，尺寸为1.4-1.7μm，厚度为220-260nm。实施例33.1将0.6583g的MoCl5、0.0677g的盐酸羟胺、0.0371g的盐酸多巴胺、1.5984g的PVP加入到1.0mL的乙醇、4.6mL的DMF和0.4mL的1,5-戊二醇的混合溶剂中，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种MoO3片状结构的静电纺丝合成方法，其特征是包括以下步骤：（1）将钼盐、盐酸羟胺、盐酸多巴胺和聚乙烯吡咯烷酮（PVP）加入到乙醇、N,N‑二甲基甲酰胺（DMF）和1,5‑戊二醇的混合溶剂中，搅拌得到纺丝液；（2）将步骤（1）的纺丝液通过静电纺丝形成前驱体纤维，然后将前驱体纤维煅烧，得到MoO3片状结构。

【技术特征摘要】
1.一种MoO3片状结构的静电纺丝合成方法，其特征是包括以下步骤：（1）将钼盐、盐酸羟胺、盐酸多巴胺和聚乙烯吡咯烷酮（PVP）加入到乙醇、N,N-二甲基甲酰胺（DMF）和1,5-戊二醇的混合溶剂中，搅拌得到纺丝液；（2）将步骤（1）的纺丝液通过静电纺丝形成前驱体纤维，然后将前驱体纤维煅烧，得到MoO3片状结构。2.根据权利要求1所述的静电纺丝合成方法，其特征是：步骤（1）中，钼盐、盐酸羟胺、盐酸多巴胺和PVP的摩尔比为1：0.1-0.4：0.04-0.08：4.0-6.0，其中PVP的摩尔量按其聚合单体的摩尔量计算。3.根据权利要求1或2所述的静电纺丝合成方法，其特征是：步骤（1）中，乙醇、N,N-二甲基甲酰胺和1,5-戊二醇的体积比为1：2.5-5.0：0.2-0.4。4.根据权利要求1、2或3所述的静电纺丝合成方法，其特征是：步骤（1）中，钼盐在乙醇、N,N-二甲基甲酰胺和1,5-戊二醇的混合溶剂中的浓度为...

【专利技术属性】
技术研发人员：李绘，刘裕，宋军超，褚姝姝，李行，马谦，
申请(专利权)人：济南大学，深圳港创建材股份有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37