一种尺寸可调的三氧化钼超细纳米线及其制备方法与流程

本申请属于光电化学的技术领域，尤其涉及一种尺寸可调的三氧化钼超细纳米线及其制备方法。

背景技术：

由于化石能源短缺和二氧化碳排放问题的日益突出，寻找清洁的可再生能源成为全世界迫切需要解决的问题。半导体光催化技术是现如今社会解决能源危机的重要的有前途的途径之一。由于其独特的结构及优异的光学性能，三氧化钼在工业应用领域具有广阔的应用前景，如气体传感器、光致变色和电致变色器件、显示材料、储能材料及作为污水处理和空气净化的催化剂等。三氧化钼(moo3)是非常值得研究的太阳能电池阳极层材料，因为其具有良好的空穴迁移率、良好的环境稳定性和可见光范围内高的透明性。目前，三氧化钼阳极缓冲层通常采用真空蒸镀的方式制备，可以提高聚合物太阳能电池器件的效率和稳定性，但是不适合大面积生产。

但是，目前三氧化钼纳米材料仅有三氧化钼纳米棒，传统的moo3纳米棒虽然可以提高光热催化的效果，不过产量低、纳米棒大小尺寸及分布并不均匀，并且作为光催化剂的转化率和选择性并不高。综上所述，开发一种制备方法简单，产量高的、成本低的三氧化钼纳米线的制备方法是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

有关超细moo3纳米线的合成报道较少，本发明实验过程简单，易于操作，所合成的超细moo3纳米线分散性好，均匀度高，在光电化学领域具有潜在的应用前景。

申请内容

有鉴于此，本申请第一个目的是提供了一种尺寸可调的三氧化钼超细纳米线，能解决传统的moo3纳米棒的大小尺寸及分布不均匀，且moo3纳米棒的尺寸不可调节的技术缺陷。

本申请第二个目的是公开了一种尺寸可调的三氧化钼超细纳米线的制备方法，能填补目前尺寸可调的三氧化钼纳米线的制备方法的空缺。

本发明公开了一种尺寸可调的三氧化钼超细纳米线的制备方法，包括以下步骤：

步骤1、将100～1500mg钼酸盐溶液与酸混合，然后过滤得到钼酸沉淀；

步骤2、将所述钼酸沉淀、0.5～10ml强酸和表面活性剂混合，进行溶剂热反应，得到尺寸可调的三氧化钼超细纳米线。

作为优选，步骤1中，所述钼酸盐溶液为钼酸盐和水混合后超声分散制得。

具体的，所述钼酸盐溶液为钼酸盐溶于水中超声分散得到。

更为优选，所述水为去离子水。

更为优选，步骤1中，所述钼酸盐溶液为钼酸盐和水混合后超声分散30min制得。

作为优选，步骤1中，所述酸选自硫酸、盐酸、硝酸、高氯酸、甲酸、乙酸、丙酸、丁酸、戊酸、己酸、庚酸和辛酸中的一种或多种。

作为优选，步骤1中，所述钼酸盐溶液的钼酸盐与所述酸的摩尔比是(2.5-6)：1。

作为优选，步骤2中，所述强酸选自硫酸、盐酸、硝酸、高氯酸、甲酸、乙酸、丙酸、丁酸、戊酸、己酸、庚酸和辛酸中的一种或多种。

作为优选，步骤3中，所述聚合物表面活性剂选自聚乙烯吡咯烷酮、十六烷基三甲基溴化铵、聚丙烯氨、聚丙烯酸、油酸和癸二酸二丁酯中的一种或多种。

更为优选，步骤2中包括：

步骤一、将所述钼酸沉淀与强酸混合，得到钼酸混合物；

步骤二、将所述钼酸混合物与聚合物表面活性剂混合，然后进行溶剂热反应，得到尺寸可调的三氧化钼超细纳米线。

其中，步骤一中，所述钼酸沉淀与强酸混合具体为所述钼酸沉淀与强酸超声分散1h混合；所述钼酸混合物与聚合物表面活性剂混合具体为超声分散1h混合。

作为优选，步骤2中，所述强酸与所述钼酸盐的的摩尔比是(2.5-6)：1；步骤3中，所述聚合物表面活性剂与所述钼酸盐的摩尔比是(2-10)：1。

作为优选，步骤4中，所述溶剂热反应的反应温度范围为120℃～200℃；所述溶剂热反应的反应时间为16～24h。

具体的，步骤4中，所述混合物进行溶剂热反应为所述混合物置于聚四氟乙烯高压反应釜中，然后放置于烘箱中进行溶剂热反应。

本发明还提供了一种尺寸可调的三氧化钼超细纳米线，包括所述的制备方法制得的尺寸可调的三氧化钼超细纳米线。

作为优选，所述尺寸可调的三氧化钼超细纳米线的横截面直径范围为0.1～3nm。

更为优选，本发明的尺寸可调的三氧化钼超细纳米线的制备方法还包括：步骤5，将步骤2得到的尺寸可调的三氧化钼超细纳米线冷却至室温后，采用醇溶液将尺寸可调的三氧化钼超细纳米线洗涤。

更为优选，所述醇溶液选自丙酮或/和乙醇。

具体的，本发明的尺寸可调的三氧化钼超细纳米线置于乙醇中保存。

本发明发现，三氧化钼纳米线可以提高其作为光催化剂的转化率和选择性，三氧化钼纳米线为一种具有在横向上被限制在100纳米以下(纵向没有限制)的一维结构。三氧化钼纳米线能够将太阳光自然聚集到晶体中一个非常小的区域，聚光能力是普通光照强度的15倍。由于三氧化钼纳米线晶体的直径小于入射太阳光的波长，可以引起三氧化钼纳米线晶体内部以及周围光强的共振。在光催化环己烷氧化中，三氧化钼纳米线比普通纳米棒具有更高的转化率和选择性，从而提高光热催化效率。因此，本发明创造性的提供了一种尺寸可调的三氧化钼超细纳米线，本发明的纳米线的横截面的直径范围达到纳米级别。同时，本发明提供的尺寸可调的三氧化钼超细纳米线的制备方法十分简单，首先通过一步法合成钼酸沉淀，然后通过钼酸沉淀与强酸和聚合物表面活性剂的溶剂热反应制备出尺寸可调的三氧化钼超细纳米线，其中，钼酸沉淀的合成也是本发明的发明点，钼酸沉淀和尺寸可调的三氧化钼超细纳米线的制备方法简单，无需使用昂贵的仪器产率高，成本低。制备得到的三氧化钼纳米线的分散性高，三氧化钼纳米线的横截面的直径为纳米级。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1示本申请提供的实施例1制备得到的三氧化钼纳米线的tem图；

图2示本申请提供的实施例2制备得到的三氧化钼纳米线的tem图；

图3示本申请提供的实施例3制备得到的三氧化钼纳米线的tem图；

图4示本申请提供的实施例4制备得到的三氧化钼纳米线的tem图。

具体实施方式

本申请提供了一种尺寸可调的三氧化钼超细纳米线及其制备方法，一方面用于解决传统的moo3纳米棒的大小尺寸及分布不均匀，，且moo3纳米棒的尺寸不可调节的技术缺陷，另一方便可以填补目前尺寸可调的三氧化钼纳米线的制备方法的空缺。

下面将对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

其中，以下实施例所用原料均为市售或自制。

实施例1

本实施例提供了第一种三氧化钼纳米线制备方法的具体实施方式：

1、称取100mg的钼酸盐溶于15ml去离子水并用超声波分散30min，得到钼酸盐溶液；将钼酸盐溶液与3ml盐酸混合，得到混合物1；

2、将混合物1抽滤，获得湿的钼酸沉淀；

3、将步骤2的钼酸沉淀加入0.5ml甲酸，超声波分散1h，得到钼酸混合物；

4、向分散好的钼酸混合物中，加入1g的聚乙烯吡咯烷酮，继续超声波分散1h，得到混合物2；

5、将混合物2转移至50ml的聚四氟乙烯高压反应釜中，放置于烘箱中，以180℃的温度溶剂热反应24h，得到三氧化钼纳米线；

6、反应完成后，三氧化钼纳米线自然冷却至室温并转移至离心管中，用丙酮和乙醇多次洗涤。

7、加入20ml乙醇保存。

8、对本实施例制备得到的三氧化钼纳米线进行tem检测以及直径测量，结果如图1所示，本实施例的三氧化钼纳米线的横截面的直径为0.2nm。

实施例2

本实施例提供了第二种三氧化钼纳米线制备方法的具体实施方式：

1、称取500mg的钼酸盐溶于20ml去离子水并用超声波分散30min，得到钼酸盐溶液；将钼酸盐溶液与3ml盐酸混合，得到混合物1；

2、将混合物1抽滤，获得湿的钼酸沉淀；

3、将步骤2的钼酸沉淀加入3ml辛酸，超声波分散1h，得到钼酸混合物；

4、向分散好的钼酸混合物中，加入2g的十六烷基三甲基溴化铵，继续超声波分散1h，得到混合物2；

5、将混合物2转移至50ml的聚四氟乙烯高压反应釜中，放置于烘箱中，以180℃的温度溶剂热反应24h，得到三氧化钼纳米线；

6、反应完成后，三氧化钼纳米线自然冷却至室温并转移至离心管中，用丙酮和乙醇多次洗涤。

7、加入20ml乙醇保存。

8、对本实施例制备得到的三氧化钼纳米线进行tem检测以及直径测量，结果如图2所示，图2显示本实施例的三氧化钼纳米线的分散性好，均匀度高，三氧化钼纳米线的横截面的直径为0.8nm。

实施例3

本实施例提供了第三种三氧化钼纳米线制备方法的具体实施方式：

1、称取800mg的钼酸盐溶于25ml去离子水并用超声波分散30min，得到钼酸盐溶液；将钼酸盐溶液与3ml盐酸混合，得到混合物1；

2、将混合物1抽滤，获得湿的钼酸沉淀；

3、将步骤2的钼酸沉淀加入4ml盐酸，超声波分散1h，得到钼酸混合物；

4、向分散好的钼酸混合物中，加入0.5g的聚丙烯氨，继续超声波分散1h，得到混合物2；

5、将混合物2转移至50ml的聚四氟乙烯高压反应釜中，放置于烘箱中，以180℃的温度溶剂热反应24h，得到三氧化钼纳米线；

6、反应完成后，三氧化钼纳米线自然冷却至室温并转移至离心管中，用丙酮和乙醇多次洗涤。

7、加入20ml乙醇保存。

8、对本实施例制备得到的三氧化钼纳米线进行tem检测以及直径测量，结果如图3所示，图3显示本实施例的三氧化钼纳米线的分散性好，均匀度高，三氧化钼纳米线的横截面的直径为2nm。

实施例4

本实施例提供了第四种三氧化钼纳米线制备方法的具体实施方式：

1、称取1500mg的钼酸盐溶于30ml去离子水并用超声波分散30min，得到钼酸盐溶液；将钼酸盐溶液与3ml盐酸混合，得到混合物1；

2、将混合物1抽滤，获得湿的钼酸沉淀；

3、将步骤2的钼酸沉淀加入10ml硫酸，超声波分散1h，得到钼酸混合物；

4、向分散好的钼酸混合物中，加入2g的聚丙烯酸，继续超声波分散1h，得到混合物2；

5、将混合物2转移至50ml的聚四氟乙烯高压反应釜中，放置于烘箱中，以180℃的温度溶剂热反应24h，得到三氧化钼纳米线；

6、反应完成后，三氧化钼纳米线自然冷却至室温并转移至离心管中，用丙酮和乙醇多次洗涤。

7、加入20ml乙醇保存。

8、对本实施例制备得到的三氧化钼纳米线进行tem检测以及直径测量，结果如图4所示，图4显示本实施例的三氧化钼纳米线的分散性好，均匀度高，三氧化钼纳米线的横截面的直径为3nm。

以上所述仅是本申请的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。