[发明专利]一种多元氧化物纳米材料、纳米结构及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种多元氧化物纳米材料和由该纳米材料形成的纳米结 构以及这种纳米结构的制备方法。

背景技术

随着纳米科学和技术的迅速发展，一维纳米结构阵列的制备及其应用 愈来愈受到广泛关注。这种一维纳米结构阵列或准阵列根据材料体系不同 而具有多方面的用途，可作为场发射器件，各种生物以及气体传感器，纳 米发电器件和磁存储元器件等。因此，世界上广泛开展了对各种一维纳米 结构阵列生长方法探索及其性能的研究，成为纳米材料科学与技术的研究 热点之一。

目前，制备一维纳米结构阵列的方法主要包括溶液法和化学气相沉积 (CVD)法。前者主要利用某些带孔介质作为模板，在制成一维纳米结构 后，去除模板，从而得到阵列结构。然而，更多的是采用化学气相沉积法。 其一般流程为：首先在基板上沉积某种具有一定厚度(取决于所要制备的 纳米结构直径)的催化剂薄膜，而后在适当的温度下退火一定时间，尽可 能获得尺寸均一和分散均匀的催化剂颗粒(具有一定的选择性，不同的纳 米结构需要不同类型的催化剂)，然后再采用CVD方法沉积生长。一般认 为，化学气相沉积法制备纳米结构通常以两种机制进行，即气-固(VS) 和气-液-固(VLS)机制。VS机制是在高温区需要沉积的材料以升华形式 形成气相，然后通过气体传输，到达低温区时进行凝结，形成纳米结构。 这种机制一般不需要使用催化剂，但难以形成一维纳米结构阵列。而VLS 机制是沉积材料气相在液态或半固态催化剂颗粒中溶解，当浓度达到或超 过其饱和溶解度时析出形核，通过连续生长形成一维纳米结构或阵列，催 化剂往往存在于一维纳米结构的端部或根部。由此可见，传统CVD方法生 长一维纳米结构的特点和过程决定其具有一定的局限性和不足：1.不同种 类的纳米结构对催化剂具有较强的选择性；2.纳米结构尺寸取决于催化剂 颗粒尺寸；3.需要专门的催化剂镀膜以及生长设备，成本较高；4.很难 生长出三元或三元以上的纳米线；5.催化剂颗粒的存在对纳米结构阵列的 性能影响显著，应用受限；6.大面积制备受到镀膜设备以及生长设备尺寸 的限制，成本急剧提高，生长工艺复杂化。

为了克服传统CVD方法生长一维纳米结构阵列或准阵列的局限，完善 和补充该生长方法，我们提出了一种可大面积生长纳米材料及其纳米结构 的方法。产物具有一维纳米结构阵列或准阵列的形态。该方法无需使用催 化剂、简单、成本低。同时，本发明中的氧化物纳米结构是四元及四元以 上的氧化物纳米结构。

发明内容

本发明一目的提供了一种氧化物纳米材料。

本发明另一目的提供了一种多元氧化物纳米结构。

本发明再一目的还提供了一种制备多元氧化物纳米结构的方法。

本发明一方面提供了一种多元氧化物纳米结构，该纳米结构由分子式 A_wB_xC_yO_z的化合物形成，式中A为Mn、Fe、Co、Ni、In或Zn，B为Mo， C为Cu，并且wa+xb+yc＝2z，a、b和c分别为金属元素A、B和C的价 态。由于Mn、Fe、Co、Ni、In和Zn及其氧化物与具有较低升华温度的 Mo和Mo的氧化物均能够与CuO在一定条件发生反应，形成多元金属氧 化物。因此，这些具有较高升华温度的金属氧化物所对应的金属元素均能 为分子式中的A。

优选地，所述的纳米结构为纳米线、纳米棒或纳米片。

本发明另一方面还提供了一种制备所述的纳米结构的方法，该方法包 括以下步骤：

a.将盛有A金属或其氧化物的容器置于炉体中1000-1400℃的温区， 将盛有B金属或其氧化物的容器置于炉体中600-1000℃的温区，并将C 金属箔片或镀有C金属膜的基片置于炉体中400-600℃的温区；

b.向炉体中通入氧气和惰性气体的混合气体，使得1)A金属或其氧 化物蒸气和2)B金属或其氧化物蒸气同时向C金属箔片或镀有C金属膜的 基片上传递，并保持2-40小时，在C金属箔片或镀有C金属膜的基片上 得到所述的纳米结构；

其中所述的A金属为Mn、Fe、Co、Ni、In或Zn，所述的B金属为 Mo，所述的C金属为Cu。