超聲法制備六方相三氧化鉬及其表征

張竹慧

摘 要：作為N型半導(dǎo)體材料，三氧化鉬是最受矚目的過(guò)渡金屬氧化鉬之一，并在電子產(chǎn)品中得到廣泛應(yīng)用。該文通過(guò)離子交換和超聲波輔助制備出熱力學(xué)亞穩(wěn)態(tài)h-MoO3納米棒，并通過(guò)對(duì)產(chǎn)物煅燒，使其轉(zhuǎn)變?yōu)闊崃W(xué)穩(wěn)態(tài)微米帶。同時(shí)對(duì)樣品進(jìn)行XRD和SEM分析，發(fā)現(xiàn)在500℃下對(duì)樣品煅燒2h，樣品的晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，由熱力學(xué)亞穩(wěn)態(tài)的h-MoO3轉(zhuǎn)變?yōu)闊崃W(xué)穩(wěn)態(tài)的α-MoO3，同時(shí)產(chǎn)物形貌隨之改變，六棱柱分割為層狀結(jié)構(gòu)用于裝配，最終形成表面光滑的微米帶。在煅燒過(guò)程中，溫度對(duì)物相的轉(zhuǎn)變及產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)的變化起到了決定性的作用。

關(guān)鍵詞：三氧化鉬 六方相 超聲 煅燒

中圖分類(lèi)號(hào)：TF123.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2015）04（b）-0104-01

一維納米金屬氧化物，如納米帶、納米線(xiàn)、納米棒及納米管等的制備，及其應(yīng)用越來(lái)越受到人們關(guān)注[1]。作為N型半導(dǎo)體材料，三氧化鉬是最受矚目的過(guò)渡金屬氧化鉬之一[2]，并廣泛應(yīng)用于電池電極材料[3]、催化劑、平板顯示器、阻煙劑、傳感器、光致發(fā)光顯色材料。三氧化鉬的晶體結(jié)構(gòu)已知的有三種，其中正交相（Orthorhombic）為熱力學(xué)穩(wěn)定相，單斜相（Monoclinic）和六方相（Hexagonal）為熱力學(xué)介穩(wěn)相。其中，正交相研究較多，制備方法種類(lèi)繁多，而熱力學(xué)介穩(wěn)態(tài)的六方相三氧化鉬則較難制備。

在該文中，該研究者采用了一種簡(jiǎn)單的方法，輔以超聲波在室溫下合成了高純度、高結(jié)晶度的六方相三氧化鉬。此外，通過(guò)煅燒使其轉(zhuǎn)化為正交相三氧化鉬微米帶，討論了六方相向正交相轉(zhuǎn)化的這一過(guò)程。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試劑與儀器

試劑：仲鉬酸銨（NH4）6Mo7O24·4H2O，金堆城鉬業(yè)公司；鹽酸，HCl，分析純，榮陽(yáng)長(zhǎng)城化工廠；無(wú)水乙醇C2H5OH，分析純，西安化學(xué)試劑廠；732型陽(yáng)離子交換樹(shù)脂，上?；瘜W(xué)試劑廠。

儀器：磁力加熱攪拌器，79-1 型，中大儀器廠；超聲波清洗器，KH-500DE，昆山禾創(chuàng)超聲波有限公司；加熱鼓風(fēng)干燥箱，101-1，北京科偉永興儀器有限公司；離心分離機(jī)，TD5A-WS，長(zhǎng)沙維爾康湘鷹離心機(jī)有限公司；離子交換柱，西安玻璃儀器廠。

1.2 制備過(guò)程

稱(chēng)取一定量的仲鉬酸銨倒入燒杯中，再加入適量的去離子水，用玻璃棒充分?jǐn)嚢?，配制一定濃度的仲鉬酸銨溶液，然后將仲鉬酸銨溶液倒入離子交換柱中，通過(guò)離子交換得到藍(lán)色鉬酸溶膠，將裝有鉬酸溶膠的燒杯放入超聲波清洗器中，隨后進(jìn)行超聲處理，隨著超聲時(shí)間的推移，燒杯中逐漸有藍(lán)色沉淀生成。將沉淀分別用無(wú)水乙醇和去離子水反復(fù)洗滌3次，并用離心機(jī)收集沉淀，把沉淀在60℃恒溫干燥12h，得到藍(lán)色粉末。

2 結(jié)果與討論

2.1 物相分析

圖1是鉬酸溶膠經(jīng)過(guò)超聲波處理后，在60℃干燥以及煅燒溫度為300℃、400℃和500℃ 反應(yīng)得到產(chǎn)物的XRD衍射圖。在60℃干燥未煅燒的產(chǎn)物，其XRD圖中的主要衍射峰對(duì)應(yīng)于六方晶系的MoO3（JSPDS卡號(hào)：21-0569），無(wú)其他雜峰出現(xiàn)，表明產(chǎn)物為純相的h-MoO3；當(dāng)煅燒溫度300℃時(shí)，樣品的XRD圖中h-MoO3衍射峰增強(qiáng)；當(dāng)繼續(xù)提高煅燒溫度到400℃時(shí)，h-MoO3的衍射峰消失，α-MoO3特征峰出現(xiàn)，此時(shí)h-MoO3已轉(zhuǎn)變?yōu)棣? MoO3；隨著煅燒溫度的繼續(xù)升高，衍射峰強(qiáng)度進(jìn)一步增強(qiáng)，各衍射峰的相對(duì)強(qiáng)度略有變化。這表明煅燒過(guò)程中，溫度的升高影響了晶型的變化，同時(shí)結(jié)晶程度也隨之增強(qiáng)。

2.2 形貌表征

利用掃描電子顯微鏡觀察了未煅燒、300℃、400℃以及500℃煅燒2h的樣品，產(chǎn)物的形貌的為六棱柱狀，屬于六方相三氧化鉬，這與之前XRD分析結(jié)果一致；當(dāng)產(chǎn)物300℃煅燒后，形貌仍為六棱柱；當(dāng)煅燒溫度提高到400℃后，原本六棱柱光滑的表面變得粗糙并出現(xiàn)許多溝壑，而原本規(guī)則的納米棒分裂成許多層狀碎片，并將用于微米帶的裝配。煅燒溫度提高到500℃時(shí)，六方相三氧化鉬已完全轉(zhuǎn)化為正交相三氧化鉬。而六棱柱也轉(zhuǎn)化為表面光滑頂部呈弧形的微米帶，而此時(shí)仍有部分層狀結(jié)構(gòu)組成的未完成的微米帶，這表明微米帶是由這種層狀結(jié)構(gòu)裝配而成。

根據(jù)不同煅燒溫度下產(chǎn)物的形貌和XRD衍射圖，可以分析出煅燒過(guò)程中晶體的形成及生長(zhǎng)過(guò)程。首先，亞穩(wěn)態(tài)h-MoO3轉(zhuǎn)化成穩(wěn)態(tài)的α-MoO3，原本的六棱柱分裂成若干碎片；隨后這些碎片在高溫下，組裝形成更大尺寸的層狀結(jié)構(gòu)；然后這些層狀結(jié)構(gòu)再一次組裝結(jié)合形成規(guī)則的微米帶；最后這些微米帶開(kāi)始生長(zhǎng)逐漸形成結(jié)構(gòu)完整的產(chǎn)物。這一過(guò)程中，煅燒溫度扮演著關(guān)鍵的角色，較低的溫度無(wú)法給這一轉(zhuǎn)變過(guò)程提供足夠的能量，整個(gè)晶粒的組裝和生長(zhǎng)過(guò)程就無(wú)法完成。

3 結(jié)語(yǔ)

在室溫下，采用簡(jiǎn)單的超聲波作用，能夠制備出六方相h-MoO3納米棒。此外，在500℃下對(duì)樣品煅燒2h，樣品的晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，由熱力學(xué)亞穩(wěn)態(tài)的h-MoO3轉(zhuǎn)變?yōu)闊崃W(xué)穩(wěn)態(tài)的α-MoO3，同時(shí)產(chǎn)物形貌隨之改變，六棱柱分割為層狀結(jié)構(gòu)用于裝配，最終形成表面光滑的微米帶。在煅燒過(guò)程中，溫度對(duì)物相的轉(zhuǎn)變及產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)的變化起到了決定性的作用。

參考文獻(xiàn)

[1] 傅小明.納米三氧化鉬制備技術(shù)的研究現(xiàn)狀[J].稀有金屬與硬質(zhì)合金，2010，38（4）：65-58.

[2] 王戈，王碧俠，屈學(xué)化.不同形貌納米氧化鉬制備研究進(jìn)展[J].稀有金屬，2012，36（6）：995-1001.

[3] 祁琰媛，陳文，麥立強(qiáng)，等.過(guò)氧鉬酸溶膠制備的MoO3納米帶及其電化學(xué)性能研究[J].稀有金屬，2007，31（1）：67-61.