Все, что вы должны знать о наночастицах MoO3

Введение

Триоксид молибдена - один из оксидов переходных металлов с химической формулой MoO3(H2O)n (n=0 - 3). MoO3 используется в широком спектре приложений, таких как фотокатализаторы, оптика, газовые сенсоры, батареи, электронные устройства и так далее. Безводный MoO3 имеет искаженную структуру октаэдра "MoO6". На рисунке 1 представлен его орторомбический кристалл. Зеленые сферы - это молибден, а красные - кислород. MoO3 имеет 3 различные кристаллические структуры: α-орторомбическую, β-моноклинную и h-гексагональную фазы. Различные структуры MoO3 придают им разные физические и химические свойства. h-MoO3 демонстрирует фазовую стабильность до 436℃, а α-MoO3 показывает необратимый фазовый переход при 436℃ [1].

Рисунок 1: Структура октаэдров _MoO6

Как создается наноструктура _MoO3 и обсуждается синтез горения в растворе

Существует несколько синтетических способов получения наночастиц триоксида молибдена:

Гидротермальный синтез: соли молибдена, такие как молибдат аммония, реагируют с перекисью водорода в водном растворе при высокой температуре и высоком давлении с образованием наночастиц _MoO3.

Сольвотермический синтез: соли молибдена реагируют с органическим растворителем, например этанолом, при высокой температуре с образованием наночастиц _MoO3.

Соосаждение: раствор соли молибдена реагирует с осаждающим агентом, таким как гидроксид или карбонат металла, при определенном pH, и наночастицы MoO3 выпадают в осадок из раствора.

Синтез сжиганием раствора: Соли молибдена смешиваются с топливно-окислительной смесью и сгорают при высокой температуре с образованием наночастиц _MoO3.

Существует множество других синтетических способов, которые здесь не упоминаются. Для получения дополнительной информации или интереса, пожалуйста, свяжитесь с нами в Stanford Advanced Materials. Даже в одном синтезе разные параметры приведут к разным видам нано-структур _MoO3. В качестве примера рассмотрим синтез сжиганием раствора.

Растворите гептамолибдат аммония (NH4)6Mo7O24-4H2O в дистиллированной воде и смешайте раствор с органическим растворителем (здесь мы используем мочевину, ЭДТА, ПЭГ 200 и сорбит в качестве различных органических добавок для проведения экспериментов). Нагрейте и перемешайте раствор до образования осадка. Последний шаг - нагревание осадков для удаления органических добавок и других примесей [2].

Гептамолибдат аммония (AHM) - это большая сложная молекула, которая часто используется в качестве прекурсора при производстве соединений Mo. Химическое уравнение синтеза горения раствора AHM выглядит следующим образом

MoO3 может образовываться без использования каких-либо добавок, но добавки играют важную роль в обеспечении роста кристаллов и зарождения MoO3. С помощью сканирующего электронного микроскопа (СЭМ) определите микроструктуры, полученные при использовании различных органических добавок. Мы получили следующие наблюдения: Мочевина создает более сферическую морфологию, чем другие 3 добавки. ПЭГ 200 создает более крупные субмикро- и менее сферические наночастицы. Сорбитол и ЭДТА создают совершенно разные наностержни [2]. Это обусловлено химической структурой органических добавок. На рисунке 2 ниже приведены химические структуры этих четырех органических добавок. Мочевина содержит азот с несвязывающей парой электронов. PEG200 и сорбитол имеют кислород в OH-группе. ЭДТА имеет оба азота с несвязывающей парой электронов и кислород в OH-группе. При образовании лигандов азота с 2 свободными электронами больше, чем кислорода. Поэтому мочевина легче притягивает Mo из AHM, образуя ядра меньшего размера по сравнению с ПЭГ200 и сорбитом [2].

ЭДТА имеет 2 азота с 2 свободными электронами и 4 кислорода в OH. На первый взгляд, это может быть наиболее подходящей добавкой для получения наночастиц MoO3. Но, как уже говорилось, EDTA является очень крупным комплексным соединением. Эффект стерического препятствия не позволяет азоту EDTA притягивать Mo. Только кислородная группа участвует в структуре лиганда и создает микроструктуры MoO3 [2].

ПЭГ200 имеет только кислородную группу с двух сторон. Он не так привлекателен, как мочевина, что означает низкую вероятность образования MoO3 одновременно с двух сторон. Но ПЭГ200 - это соединение очень простой структуры с низким стерическим эффектом. ПЭГ200 легче образует лиганд, чем ЭДТА [2].

Когда одна из кислородных групп сорбита связывается с Mo, другая его кислородная группа не может связываться с другими Mo из-за его линейной структуры. В целом сорбит не является хорошей добавкой для получения наночастиц MoO3 [2]. Другие условия, такие как pH, температура реакции, концентрация Mo и соотношение Mo/добавки, также могут влиять на свойства полученных наночастиц MoO3.

Мочевина ЭДТА

ПЭГ200 Сорбитол

Рисунок 2: молекулярные структуры органических добавок, использованных в эксперименте

Применение _MoO3

Мембрана MoO3 обладает хорошими электрохромными свойствами. По сравнению с другими материалами, такими как WO3 и TiO2, MoO3 имеет более короткое время отклика. Кроме того, MoO3 меняет цвет на серый, когда обнаруживает электрический стимул. Его кривая поглощения плавная в видимой области. Пик поглощения находится вблизи 550 нм, что близко к чувствительной полосе человеческого глаза. Как получить высший MoO3 с помощью наночастиц MoO3 - одно из самых популярных исследований.

ПВХ - широко используемый термопластичный полимерный материал, но при горении он образует густой дым. Переходный металл хорошо подавляет дым. Комбинируя 2 или более видов соединений переходных металлов, можно серьезно ограничить образование густого дыма из ПВХ. Из-за добавления пластификаторов поливинилхлорид подвергается серьезной опасности возгорания. MoO3 также демонстрирует хорошее замедление пламени. Комбинируя MoO3 с Cu2O, они демонстрируют синергетический эффект, который позволяет снизить стоимость добавки чистого MoO3 и сохранить хорошие свойства кабелей.

MoO3 является высокоэффективным фотокатализатором. В отличие от традиционной очистки сточных вод от красителей, нано-фотокатализаторы могут преобразовывать загрязняющие вещества в безвредные продукты, такие как CO2 [3]. Наночастицы придают MoO3 большую площадь контакта для более быстрой деградации.

MoO3 - полупроводник n-типа, который можно использовать в таких широких областях, как обнаружение газов. Газовые детекторы на основе оксида металла "переводят" газ в электричество, что быстрее и проще, чем в других детекторах. В отличие от других металлооксидных газовых детекторов, MoO3 - это полупроводниковый материал с широкой полосой пропускания и активными участками на его поверхности, которые избирательно реагируют с измеряемым газом. MoO3 обладает высокими газочувствительными характеристиками. Он проявляет чувствительность к NH3, H2, CO и другим газам при температуре около 450℃. Мембрана из чистого MoO3 не очень хорошо работает из-за высокой чувствительности к температуре и селективности. Сочетание с другими материалами позволяет улучшить газочувствительность MoO3. Например, сочетание MoO3 с V2O5 позволяет получить мембраны с высокой чувствительностью при низкой температуре (около 150℃) к NO2, NH3, CO, CH4, SO2 и H2.

Существует множество применений наночастиц _MoO3, о которых мы не упомянули. Компания Stanford Advanced Materials (SAM) предлагает различные виды _MoO3. Если вам нужна дополнительная информация о _MoO3, вы можете предоставить информацию о своем применении нашим техническим специалистам для получения консультации.

Ссылка

1. Pannipa Wongkrua, Titipun Thongtem, Somchai Thongtem, "Синтез h- и α-MoO3 путем комбинации рефлюксирования и кальцинирования: Фазовые и морфологические превращения, фотокатализ и фотосенсибилизация", Journal of Nanomaterials, vol. 2013, Article ID 702679, 8 pages, 2013. https://doi.org/10.1155/2013/702679
2. Парвиз, Д., Каз→емейни, М., Рашиди, А. М., & Джафари Джозани, К. (2009). Синтез и характеристика наноструктур MOO3 методом сжигания раствора с использованием контроля морфологии и размера. Journal of Nanoparticle Research, 12(4), 1509-1521. https://doi.org/10.1007/s11051-009-9727-6
3. Thekkethil, A. J., Sreekuttan, S., & Madhavan, A. A. (2021). Применение нано-триоксида молибдена для хранения тепла и фотокатализа. Журнал физики: Conference Series, 2070(1), 012120. https://doi.org/10.1088/1742-6596/2070/1/012120