[发明专利]一种结构导向剂控制钼酸锆超薄纳米片的制备方法

说明书

技术领域

本发明专利属于无机功能材料的制备领域，特别是一种结构导向剂控制钼酸锆超薄纳米片的制备方法

技术背景

结构导向剂诱导纳米材料生长为新型材料形貌多样化铺平了道路。作为结构导向剂中的典型代表，聚乙二醇是一种非离子型表面活性剂，其在水体系中不会离解，具稳定性好、表面润湿效果好、溶剂中相溶性好和无毒无害等优点。在化学合成体系中，聚乙二醇能够根据目标产物的表面结构诱导晶体沿着特定方向生长，从而控制材料的微观形貌与尺寸大小。

金属钼酸盐因晶体结构特性而被广泛应用于荧光、光催化、能量储存与转换等领域。钼酸盐纳米材料不仅拥有晶体本身特点，而且还结合了纳米材料的小尺寸化效应特征，为进一步挖掘这类材料的应用潜力提供了必要条件。

当前，金属钼酸盐微/纳米材料的制备方法主要有固相合成法、超声合成法、水(溶剂)热合成法和微波辐射法等(Y.Sun，C.S.Li，W.J Zheng.Cryst.Growth Des.2010，10，262；Y.Sun，Wenjun Zheng.Dalton Trans.，2010，39，7098-7103；J.F.Liu，Y.D.Li，Adv.Mater.2007，19，1118；A.W.Xu，Y.P.Fang，et al.J.Am.Chem.Soc.2003，125，1494；Y.Takita，K.Kikitani，C.Xia，H.Takami and K.Nagaoka.Appl.Catal.，A，2005，283，209-216；)但是，涉及钼酸锆微纳米材料制备技术的文献却相对较少，特别是针对钼酸锆超薄纳米片形貌可控制备的文献就更少，主要原因在于传统合成体系下反应物的材料前期成核较快，生长方向难以导向，这在很大程度上制约了这类功能材料的蓬勃发展。为优化这种材料的制备工艺，本发明专利提供了一种结构导向剂控制钼酸锆超薄纳米片的技术路线，反应体系中借助聚乙二醇结构导向剂辅助微波辐射法，使其可在常压条件下反应，并对产物的组成和微观形貌进行直接、有效的调控，最终目的是为纳米材料在应用领域的蓬勃发展将起到显著的推动作用。

发明内容

本专利的发明内容在于提供了一种表面活性剂辅助微波辐射法可控制备钼酸锆超薄纳米片的方法，该技术可以对产物的组成和微观形貌得以有效调控，且结构导向剂在微波反应体系的作用充分发挥、工艺简单、节能高效、适合批量低成本规模合成等优点，为钼酸锆二维纳米材料在高端应用领域打下坚实的基础。

本发明的技术方案

本发明专利涉及了一种采用结构导向剂辅助微波辐射法可控合成钼酸锆超薄纳米片的方法，实验过程中以硝酸锆和钼酸铵为原料，聚乙二醇为表面活性剂，溶剂采用蒸馏水，在微波场作用下可控制备钼酸锆片状二维纳米材料，具体步骤如下：

第一步、常温下，将硝酸锆固体与表面活性剂聚乙二醇的混合物分散在蒸馏水中，充分搅拌15分钟，制得溶液a，此溶液中硝酸锆的摩尔浓度为0.01摩尔/升，聚乙二醇的摩尔浓度为0.001摩尔/升；

第二步、称量(NH₄)₆Mo₇O₂₄·4H₂O钼酸铵粉末，使其摩尔浓度为0.0014摩尔/升，此粉末中加入60～75℃热蒸馏水，剧烈搅拌使粉末溶解完全，将搅拌后制得的溶液缓慢加入所配制的溶液a中，恒温60℃下继续搅拌15分钟，得到均相透明溶液b；

第三步、将得到的前驱体溶液b倒入圆底烧瓶中，置于常压微波辐射反应器中作用30分钟，所制备的产物为形貌规整的Zr(MoO₄)₂钼酸锆超薄纳米片材料。

所述钼酸锆超薄纳米片的厚度为60-90纳米、直径为3-6微米。本发明的优点及效果

本发明专利的优点和有益效果体现在采用聚乙二醇辅助微波辐射法优势在于通过微波场作用的有效调控，可控制材料的初期成核和后期生长，从而得到厚度均匀的二维纳米材料。另外，所采用的微波辐射加热制度的优点是温度滞后不现象、反应体系加热功率可调、制备工艺简单等。本发明专利提供的制备方法得到的产物为钼酸锆纳米材料在荧光、光催化、能量储存与转化领域的发展打下了坚实基础。

附图说明

图1为钼酸锆超薄纳米片的低倍扫描电子显微镜(SEM)图

图2为钼酸锆超薄纳米片的高倍SEM图

具体实施方式

在常温下，配置摩尔浓度为0.01mol/L的硝酸锆溶液，在此溶液中再加入摩尔浓度为0.001摩尔/升的聚乙二醇；称量(NH₄)₆Mo₇O₂₄·4H₂O钼酸铵固体粉末，加入60～75℃蒸馏水，剧烈搅拌，使之摩尔浓度为0.0014摩尔/升；将搅拌后制得的均一溶液缓慢加入硝酸锆溶液中，恒温60℃继续强烈搅拌15分钟；将得到的透明溶液b倒入玻璃反应器中，并置于常压微波辐射反应器中持续加热30分钟，反应结束后所制备的材料即为Zr(MoO₄)₂钼酸锆超薄纳米片材料。由产物SEM测试(图1)表明主体形貌为厚度均一、棱角分明的超薄纳米片，片状产物的表面光滑、没有其他的共存形貌存在；仔细观察(图2)显示：超薄纳米片的厚度为60～90纳米、直径为3～6微米，多个纳米片叠加在一起形成规整的纳米片聚集体，一定程度上证实产物在聚乙二醇结构导向生长形成过程中沿着二维方向优势生长。