超聲法制備六方相三氧化鉬及其表征

張竹慧

摘 要：作為N型半導體材料，三氧化鉬是最受矚目的過渡金屬氧化鉬之一，并在電子產品中得到廣泛應用。該文通過離子交換和超聲波輔助制備出熱力學亞穩態h-MoO3納米棒，并通過對產物煅燒，使其轉變為熱力學穩態微米帶。同時對樣品進行XRD和SEM分析，發現在500℃下對樣品煅燒2h，樣品的晶體結構發生變化，由熱力學亞穩態的h-MoO3轉變為熱力學穩態的α-MoO3，同時產物形貌隨之改變，六棱柱分割為層狀結構用于裝配，最終形成表面光滑的微米帶。在煅燒過程中，溫度對物相的轉變及產物的結構的變化起到了決定性的作用。

關鍵詞：三氧化鉬 六方相 超聲 煅燒

中圖分類號：TF123.2 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）04（b）-0104-01

一維納米金屬氧化物，如納米帶、納米線、納米棒及納米管等的制備，及其應用越來越受到人們關注[1]。作為N型半導體材料，三氧化鉬是最受矚目的過渡金屬氧化鉬之一[2]，并廣泛應用于電池電極材料[3]、催化劑、平板顯示器、阻煙劑、傳感器、光致發光顯色材料。三氧化鉬的晶體結構已知的有三種，其中正交相（Orthorhombic）為熱力學穩定相，單斜相（Monoclinic）和六方相（Hexagonal）為熱力學介穩相。其中，正交相研究較多，制備方法種類繁多，而熱力學介穩態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單的方法，輔以超聲波在室溫下合成了高純度、高結晶度的六方相三氧化鉬。此外，通過煅燒使其轉化為正交相三氧化鉬微米帶，討論了六方相向正交相轉化的這一過程。

1 實驗部分

1.1 試劑與儀器

試劑：仲鉬酸銨（NH4）6Mo7O24·4H2O，金堆城鉬業公司；鹽酸，HCl，分析純，榮陽長城化工廠；無水乙醇C2H5OH，分析純，西安化學試劑廠；732型陽離子交換樹脂，上海化學試劑廠。

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，昆山禾創超聲波有限公司；加熱鼓風干燥箱，101-1，北京科偉永興儀器有限公司；離心分離機，TD5A-WS，長沙維爾康湘鷹離心機有限公司；離子交換柱，西安玻璃儀器廠。

1.2 制備過程

稱取一定量的仲鉬酸銨倒入燒杯中，再加入適量的去離子水，用玻璃棒充分攪拌，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，通過離子交換得到藍色鉬酸溶膠，將裝有鉬酸溶膠的燒杯放入超聲波清洗器中，隨后進行超聲處理，隨著超聲時間的推移，燒杯中逐漸有藍色沉淀生成。將沉淀分別用無水乙醇和去離子水反復洗滌3次，并用離心機收集沉淀，把沉淀在60℃恒溫干燥12h，得到藍色粉末。

2 結果與討論

2.1 物相分析

圖1是鉬酸溶膠經過超聲波處理后，在60℃干燥以及煅燒溫度為300℃、400℃和500℃ 反應得到產物的XRD衍射圖。在60℃干燥未煅燒的產物，其XRD圖中的主要衍射峰對應于六方晶系的MoO3（JSPDS卡號：21-0569），無其他雜峰出現，表明產物為純相的h-MoO3；當煅燒溫度300℃時，樣品的XRD圖中h-MoO3衍射峰增強；當繼續提高煅燒溫度到400℃時，h-MoO3的衍射峰消失，α-MoO3特征峰出現，此時h-MoO3已轉變為α- MoO3；隨著煅燒溫度的繼續升高，衍射峰強度進一步增強，各衍射峰的相對強度略有變化。這表明煅燒過程中，溫度的升高影響了晶型的變化，同時結晶程度也隨之增強。

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分析結果一致；當產物300℃煅燒后，形貌仍為六棱柱；當煅燒溫度提高到400℃后，原本六棱柱光滑的表面變得粗糙并出現許多溝壑，而原本規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，六方相三氧化鉬已完全轉化為正交相三氧化鉬。而六棱柱也轉化為表面光滑頂部呈弧形的微米帶，而此時仍有部分層狀結構組成的未完成的微米帶，這表明微米帶是由這種層狀結構裝配而成。

根據不同煅燒溫度下產物的形貌和XRD衍射圖，可以分析出煅燒過程中晶體的形成及生長過程。首先，亞穩態h-MoO3轉化成穩態的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構；然后這些層狀結構再一次組裝結合形成規則的微米帶；最后這些微米帶開始生長逐漸形成結構完整的產物。這一過程中，煅燒溫度扮演著關鍵的角色，較低的溫度無法給這一轉變過程提供足夠的能量，整個晶粒的組裝和生長過程就無法完成。

3 結語

在室溫下，采用簡單的超聲波作用，能夠制備出六方相h-MoO3納米棒。此外，在500℃下對樣品煅燒2h，樣品的晶體結構發生變化，由熱力學亞穩態的h-MoO3轉變為熱力學穩態的α-MoO3，同時產物形貌隨之改變，六棱柱分割為層狀結構用于裝配，最終形成表面光滑的微米帶。在煅燒過程中，溫度對物相的轉變及產物的結構的變化起到了決定性的作用。

參考文獻

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

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

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