一种黑色三氧化钼纳米片、其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种黑色三氧化钼纳米片的制备方法：将Mo粉和双氧水溶液混合，反应，得到MoO3前驱体料液；将MoO3前驱体料液加热反应，得到沉淀，将沉淀洗涤、干燥，煅烧，得到黄色MoO3纳米片；将黄色MoO3纳米片与金属粉末混合，分散的溶液中，与浓盐酸混合，搅拌，洗涤，干燥得到黑色三氧化钼纳米片。本发明专利技术在常温常压以及酸性溶液中，活泼金属具有的强还原性，可以诱导白色MoO3中的Mo

【技术实现步骤摘要】
一种黑色三氧化钼纳米片、其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及海水淡化
，尤其是涉及一种黑色三氧化钼纳米片、其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]地球表面近70％为海洋覆盖，含水量超过1.36
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立方米。然而，可供人类直接利用的淡水资源仅占世界总水量的0.04％。淡水生态系统是动植物生存的基础，但却非常的脆弱。随着气候的恶化和经济的快速增长，许多河流、湖泊和地下水资源受到现代工业活动的严重破坏，缺水不仅是一个重大的经济问题，也是一个突出的社会政治问题。传统的工业海水淡化生产中，淡水的获取方案主要是热蒸馏和反渗透技术。为了解决偏远和欠发达地区淡水资源短缺的问题，在全世界有150多个国家建立了数万座海水淡化工厂。在这些工厂生产过程中伴随着复杂的机械设备使用和巨大的化石能源消耗，需要花费数百亿美元用于运营管理这些工厂。每年地球上的海水淡化工厂消耗超过75TWh的能源，这占世界总发电量的0.4％。因此，探索高效节能、经济的海水淡化工艺，以满足日常生产的需要，仍然是迫切需要解决的技术难题。
[0003]太阳能是人类取之不尽、用之不竭、可再生的清洁能源，照射在地球表面的太阳辐射功率高达1.73
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W，远超人类全年的发电量，理论上可提供足够的能源消耗。值得注意的是，光热转换是利用太阳能最可靠的方式，因为光热材料可以将吸收光子的能量转换成热能的形式，能够有效提高周围环境的温度，实现太阳能的利用。近年来，使用太阳能光热转换原理来蒸发海水，可以在较低的温度和压力下，高效地获取大量的清洁饮用水，这是传统的热蒸发和反渗透技术无法实现的，因此成为清洁淡水生产的一种有前途的发展趋势，这种新的绿色技术也为解决水资源稀缺问题提供了一种成本低廉的有效方法。
[0004]MoO3作为传统的半导体材料，具有耐酸，耐碱，不易腐蚀等优点，可作为合金钢铁添加组分，催化剂，气敏传感器，涂料添加剂等在国民生产与生活中得到的广泛的应用。考虑到这些优势，MoO3类材料如果作为光热转换媒介，应用于海水淡化处理的领域，可有效抵御海水和空气的腐蚀，能够适用于各类复杂的实际环境，如强酸，强碱，高离子浓度溶液等，从而获得长久高效的使用寿命。但是由于MoO3具有较宽的能带间隙，只能吸收太阳光谱中波长较短的紫外光，故而常见的外观颜色为白色或者淡黄色，对可见光和红外光的吸收率低下，这限制了MoO3在光热转换领域的应用。考虑到在太阳光谱中紫外光部分只占全部总能量的约4％，因此开发具有全太阳光谱吸光和高效光热转换能力的MoO3类光热转换材料依然是一个世界性的技术难题。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术提供了黑色三氧化钼纳米片太阳光谱中可见光和红外光的吸收利用率高。
[0006]本专利技术提供了一种黑色三氧化钼纳米片的制备方法，包括：
[0007]A)将Mo粉和双氧水溶液混合，反应，得到MoO3前驱体料液；
[0008]B)将MoO3前驱体料液加热反应，得到沉淀，将沉淀洗涤、干燥，煅烧，得到黄色MoO3纳米片；
[0009]C)将黄色MoO3纳米片与金属粉末混合，分散的溶液中，与浓盐酸混合，搅拌，洗涤，干燥得到黑色三氧化钼纳米片。
[0010]优选的，步骤A)所述双氧水的浓度为1mol/L以上；所述双氧水溶液的溶剂为乙醇；所述Mo粉和双氧水的质量比为1：3～5。
[0011]优选的，步骤A)所述反应温度为60～80℃；所述反应为搅拌反应，所述搅拌的时间为2h以上。
[0012]优选的，步骤B)所述加热反应温度为140～170℃，反应时间为12～20h。
[0013]优选的，步骤B)所述煅烧温度为400～600℃；煅烧时间为18～24h。
[0014]优选的，步骤C)所述金属粉末选自锌、铝、镁、铜、铁、钴、镍、银和金中的一种或者多种。
[0015]优选的，步骤C)所述黄色MoO3纳米片与金属粉末的质量比为1～2：1；所述浓盐酸的浓度为2mol/L以上；所述搅拌的时间为6～10h。
[0016]本专利技术提供了一种黑色三氧化钼纳米片，由上述技术方案任意一项所述的制备方法制备得到。
[0017]本专利技术提供了一种光热转换材料，包括上述技术方案任意一项所述的制备方法制备得到的黑色三氧化钼纳米片。
[0018]本专利技术提供了上述技术方案任意一项所述的制备方法制备得到的黑色三氧化钼纳米片在太阳能驱动海水淡化中的应用。
[0019]与现有技术相比，本专利技术提供了一种黑色三氧化钼纳米片的制备方法，包括：A)将Mo粉和双氧水溶液混合，反应，得到MoO3前驱体料液；B)将MoO3前驱体料液加热反应，得到沉淀，将沉淀洗涤、干燥，煅烧，得到黄色MoO3纳米片；C)将黄色MoO3纳米片与金属粉末混合，分散的溶液中，与浓盐酸混合，搅拌，洗涤，干燥得到黑色三氧化钼纳米片。本专利技术主要采用湿法化学使用活泼金属，在酸性水溶液中与白色MoO3反应，通过在晶格中引入Mo
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离子从而制备出黑色MoO3光热材料。即为在常温常压以及酸性溶液中，活泼金属具有的强还原性，可以诱导白色MoO3中的Mo
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离子价态降低变成Mo
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，使得MoO3能带变窄从而增强其对太阳光的吸光度。本专利技术制备流程简单，可工业化生产，不涉及有毒有害试剂的使用。通过实际测试发现，在自然太阳光的照射下，以海水作为水源，黑色MoO3薄膜作为吸光体，通过光热转换可以实现高效太阳能驱动的海水蒸发，其界面温度最高可以达到72℃。我们将蒸发后的海水收集，测试发现蒸馏后的水中主要金属离子含量远低于世界卫生组织要求的饮用水标准，其日产量最高可以达到9.2kg/m2。
附图说明
[0020]图1为实施例1所制备的白色MoO3和黑色MoO3的粉末样品照片；
[0021]图2为实施例1所制备的黑色MoO3纳米片的XRD图谱；
[0022]图3为实施例1所制备的黑色MoO3纳米片的SEM照片；
[0023]图4为实施例1所制备的黄色MoO3和黑色MoO3纳米片粉末的吸光谱对比；
[0024]图5为实施例1所制备的黑色MoO3的纳米片电子顺磁共振谱；
[0025]图6为实施例1所制备的黄色MoO3和黑色MoO3粉末涂布而成的薄膜照片；
[0026]图7为实施例1所制备的黑色MoO3薄膜的在自然太阳光照射条件下，海水蒸发反应器中收集的清洁水量随时间变化线；
[0027]图8为实施例1所制备的黑色MoO3薄膜在自然太阳光照射下的海水蒸发反应器中表面红外热成像图；
[0028]图9为使用实施例1所制备的黑色MoO3薄膜进行自然太阳光驱动海水脱盐前后，水体中主要金属离子浓度的变化以及世界卫生组织(WHO)设定的安全饮用水标准线。
具体实施方式
[0029]本专利技术提供了一种黑色三氧化钼纳米片、其制备方法和应用，本领域技术人员可以借鉴本文内容本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种黑色三氧化钼纳米片的制备方法，其特征在于，包括：A)将Mo粉和双氧水溶液混合，反应，得到MoO3前驱体料液；B)将MoO3前驱体料液加热反应，得到沉淀，将沉淀洗涤、干燥，煅烧，得到黄色MoO3纳米片；C)将黄色MoO3纳米片与金属粉末混合，分散的溶液中，与浓盐酸混合，搅拌，洗涤，干燥得到黑色三氧化钼纳米片。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤A)所述双氧水的浓度为1mol/L以上；所述双氧水溶液的溶剂为乙醇；所述Mo粉和双氧水的质量比为1：3～1：5。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤A)所述反应温度为60～80℃；所述反应为搅拌反应，所述搅拌的时间为2h以上。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤B)所述加热反应温度为140～170℃，反应时间为12～2...

【专利技术属性】
技术研发人员：江俊，朱青，罗毅，李鑫，杨丽，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：