本发明专利技术涉及一种钨元素掺杂的一维棒状三氧化钼纳米材料的制备方法。该钨元素掺杂的三氧化钼纳米棒是以三氧化钼为基体，掺杂有一定比例的钨，将由固态钼酸铵烧焙得到的α‑MoO3和一定比例的钨酸盐混合后，采用液相合成法通过控制反应条件、反应时间参量，最终水热合成纳米材料。该方法操作简单易行，产物分布均匀、纯度较高，且制备周期短，使得制备出的纳米级钨掺杂的一维棒状三氧化钼气敏材料对三甲胺气体具备灵敏度高、选择性好、响应时间短等优点，具有广阔的应用前景。
A method for preparing one-dimensional rodlike MoO3 nanostructures of a tungsten doped.
One dimensional rod like molybdenum trioxide nano material preparation method of the invention relates to a tungsten doped. The tungsten doped molybdenum oxide nanorods with MoO3 as substrate, doped with a certain proportion of the tungsten tungstate mixed by solid ammonium molybdate calcined by alpha MoO3 and certain proportion, by the method of liquid phase synthesis by controlling the reaction conditions, reaction time parameters, the final hydrothermal synthesis of nanosized materials. The method is simple and easy to operate, the product distribution uniformity, high purity, and short preparation period, a one-dimensional rod like molybdenum trioxide gas sensitive material doped nanometer tungsten has prepared has the advantages of high sensitivity, good selectivity and fast response to trimethylamine gas, has broad application prospects.
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种钨元素掺杂的一维棒状三氧化钼纳米材料的制备方法。
技术介绍
气体传感器的开发已经成为关系到当今社会人类可持续发展战略实施的重要组成部分，其广泛用于化学、化工、环保、安全生产和日常生活等领域的有毒、有害气体的预报与检测，具有广阔的应用前景，日益成为世界各国共同关注的重要课题之一。MoO3作为一种宽禁带半导体材料，表面存在有与待测气体选择性作用的活性位点，因此具有很好的气敏特性。气敏材料在相应温度下对NH3、H2、CO、NO2等气体均表现出一定的气敏性，但是单纯的MoO3气敏材料对各种气体的响应在灵敏度、选择性、响应速度等方面都不太理想，所以为了提高MoO3材料的气敏性能，对MoO3材料纳米化及掺杂改性是当前改善MoO3气敏材料的重要手段，已成为气体传感器领域的研究热点。例如CN201510972803.8提供一种固相化学反应合成稀土掺杂纳米三氧化钼气敏材料的方法，所述的气敏材料具备产品产率高、环境友好、易于实现大批量生产的特点。采用同本专利技术所述应用相似的气敏元器件，具有感应灵敏度高、气体选择性好、响应恢复速度快的优点。第5周期元素Mo电子层结构为4d55s1，类属VIB族，同族第6周期元素W的电子层结构则为5d46s2，这是因为5d轨道的屏蔽效应较差，而6s轨道穿透能力较强。Mo6+半径为0.059nm，W6+半径为0.060nm，二者极为接近，故在纳米化MoO3材料掺杂改性方面，W6+理应成为一个不错选择。然而想要直接掺入半导体晶格的间隙中去却没有那么容易，只有当晶体中出现有晶格空位后，杂质原子才有可能进去占据这些空位，从而进入到MoO3纳米晶体。为了让MoO3纳米晶体中产生出大量的晶格空位，就要对体系加热，让晶体原子的热运动加剧，以使得某些原子获得足够高的能量而离开晶格位置、留下空位（与此同时也产生出等量的间隙原子，空位和间隙原子统称为热缺陷），也因此原子的扩散系数随着温度的升高而指数式增大，从而达到大离子掺入小离子晶体的目的。这种热扩散技术在半导体掺杂材料领域的应用也引出了本专利技术所涉及的制备方法。使用一维纳米材料的气体传感器往往表现出灵敏度高、工作温度低和响应恢复时间短等优点。GALATSISK等人在<<ComparisonofsingleandbinaryoxideMoO3,TiO2andWO3sol-gelgas>>一文中提到，三氧化钼在众多领域特别是气体敏感检测元件、催化材料等方面具有广泛的潜在应用。由此观之，如果将一维纳米材料的优点和三氧化钼半导体活性位点特点相结合，加之由钨元素掺杂造成晶体缺陷而产生的显著性能提升，制备出掺杂改良的一维三氧化钼纳米棒，并充分发挥其气敏性能，应用到气体传感器等领域，那么无论是从理论上还是从实际应用上都会产生重要的意义。
技术实现思路
钨作为钼的同族元素，化学性质相似，易掺杂，性能佳。本专利技术针对现有技术的不足，提供一种钨元素掺杂的三氧化钼纳米条带气敏材料的制备方法。钨元素掺杂的一维棒状三氧化钼纳米材料，是以纳米三氧化钼为基体，掺入一定比例的钨元素经液相水热合成法制得的。将固体钼酸铵经高温煅烧，烧焙生成高纯度的α-MoO3，与固态钨酸盐按照一定比例混合，加入一定量的过氧化氢，再加入一定量的硝酸，在高温条件下进行液相化学反应，固相产物经洗涤、干燥，即可制得横截半径为100nm—150nm的钨元素掺杂的三氧化钼纳米棒。根据本专利技术，钨元素掺杂的一维棒状三氧化钼纳米材料的制备方法，步骤如下：（1）高温煅烧固态钼酸铵，得到固体α-MoO3；（2）烧焙生成的α-MoO3与钨酸盐配置出混合溶液，所述金属钼和金属钨摩尔比满足1:X,0＜X≤0.25；（3）向溶液中加入一定量的过氧化氢及硝酸，满足过氧化氢分子与硝酸分子摩尔比为3:1，并充分搅拌数小时；（4）将上述体系倒入反应釜，放入马弗炉，设置在140℃—200℃温度条件下，煅烧35h—55h；（5）加热结束待釜内体系冷却至室温后，过滤得到固相沉淀，用水或无水乙醇多次洗涤；（6）充分干燥处理，得到钨元素掺杂的三氧化钼纳米棒。优选的，所述步骤（1）中固体钼酸铵以制得作为基体的固体α-MoO3用量满足掺杂摩尔比即可，不做特别限定。所述步骤（2）中所使用的钨酸盐为钨酸钠、钨酸钾、钨酸镁、钨酸钙、钨酸铵、钨酸铈中的一种。优选的，钨酸盐具体用量为溶解量，满足掺杂摩尔比即可，不做特别限定。优选的，所述步骤（3）中过氧化氢用量为溶解量，满足与硝酸的分子摩尔比即可，不做特别限定。优选的，所述步骤（3）中硝酸用量为溶解量，满足与过氧化氢的分子摩尔比即可，不做特别限定。优选的，所述步骤（3）中混合溶液充分搅拌4—6小时效果最佳。优选的，所述步骤（4）中马弗炉设置170℃温度条件下煅烧45h生成的钨掺杂一维纳米三氧化钼气敏材料气敏效果最佳。优选的，所述步骤（5）中洗涤所用水，理论上达到相对纯净标准即可，不做特别限定。优选的，所述步骤（5）中洗涤所用无水乙醇，理论上达到相对纯净标准即可，不做特别限定。优选的，所述步骤（6）中充分干燥处理，达到分散剂充分挥发即可，不做特定时间限定。在上述技术方案中，制备生成的最终产品为横截半径为100nm—150nm的钨掺杂一维棒状纳米三氧化钼纳米材料，其中金属钨以六价离子的形式掺入氧化钼纳米棒中。本专利技术的制备方法目的在于提供一种液相化学反应合成一种钨元素掺杂的三氧化钼纳米棒气敏材料的制备方法，该方法所使用的原料廉价易见，操作步骤简单易行，产物分布均匀、纯度高，而且制备周期短，具有极为广阔的实际应用前景。本专利技术旨在，在硝酸酸性条件下，过氧化氢氧化环境内，对α-MoO3液相化学反应过程中添加不同类别、不同比例的钨酸盐，制得了不同钨酸盐掺杂的MoO3一维棒状结构的纳米气敏材料。在金属氧化物晶格内掺杂钨元素后，不仅大大提高了MoO3气敏元件的灵敏度，而且表现出了优异的气体选择性，同时也有效缩短了气体响应时间，这不仅有力推进了MoO3气敏材料的改性研究，也为新型半导体氧化物为气敏材料的进一步开发提供了行之有效的方法思路。附图说明图1为本专利技术第一实施例预制备的纯α-MoO3纳米颗粒(X=0)的扫描电子显微镜（SEM）图。图2为本专利技术第一实施例制备的WO3掺杂后的MoO3纳米棒气敏材料的扫描电子显微镜（SEM）图及对应的面扫X射线能谱（EDS）图。图3为本专利技术第一实施例制备的掺杂摩尔比例分别为3％(X=0.031)、5％(X=0.053)、7％(X=0.075)、10％(X=0.111)的WO3掺杂的MoO3气敏材料的点扫X射线能谱（EDS）图。图4为本专利技术第一实施例制备的纯α-MoO3纳米颗粒(X=0)及掺杂摩尔比例分别为3％(X=0.031)、5％(X=0.053)、7％(X=0.075)、10％(X=0.111)的WO3掺杂的MoO3气敏材料的粉末X射线衍射（XRD）图谱。图5为本专利技术第一实施例制备的纯α-MoO3纳米颗粒(X=0)及掺杂摩尔比例分别为3％(X=0.031)、5％(X=0.053)、7％(X=0.075)的WO3掺杂的MoO3气敏材料分别对50ppm的三甲胺、氨气、丙酮、甲苯和乙醇气体在相同工作温度下的响应曲线图。具体实施方式下面结合具体的实施例对本专利技术作进一步本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种钨元素掺杂的一维棒状三氧化钼纳米材料，是以三氧化钼为基体，掺入一定比例的钨元素，经液相水热合成法制得的，具体步骤如下：（1）高温煅烧固体钼酸铵，得到固体α‑MoO3；（2）烧焙生成的α‑MoO3与钨酸盐配置出混合溶液，所述金属钼和金属钨摩尔比满足1:X, 0＜X≤0.25；（3）向溶液中加入一定量的过氧化氢及硝酸，满足过氧化氢分子与硝酸分子摩尔比为3:1，并充分搅拌数小时；（4）将上述体系转入反应釜，放入马弗炉，设置在140℃—200℃温度条件下，煅烧35h—55h；（5）加热结束待釜内体系冷却至室温后，过滤得到固体沉淀，用水或无水乙醇多次洗涤；（6）充分干燥处理，得到钨元素掺杂的一维棒状三氧化钼纳米材料。
【技术特征摘要】
1.一种钨元素掺杂的一维棒状三氧化钼纳米材料，是以三氧化钼为基体，掺入一定比例的钨元素，经液相水热合成法制得的，具体步骤如下：（1）高温煅烧固体钼酸铵，得到固体α-MoO3；（2）烧焙生成的α-MoO3与钨酸盐配置出混合溶液，所述金属钼和金属钨摩尔比满足1:X,0＜X≤0.25；（3）向溶液中加入一定量的过氧...
【专利技术属性】
技术研发人员：李卓起，宋鹏，赵志成，王玮杰，刘欣荣，张苏，
申请(专利权)人：济南大学，
类型：发明
国别省市：山东;37
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