專利名稱：一種研究鉬酸鎘納米八面體原位生長過程的新方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種無機(jī)功能納米材料原位生長過程的研究，特別涉及一種采用高精 度、高靈敏度的RD496-2000微熱量計(jì)研究鉬酸鎘納米八面體原位生長過程的方法。
背景技術(shù)：
納米材料為什么會(huì)生長和如何生長，生長過程的規(guī)律和特征如何？采用什么方法 獲取納米材料生長過程的信息，搞清楚納米材料生長過程的熱力學(xué)、動(dòng)力學(xué)及其生長機(jī)理， 總結(jié)納米材料生長的特征和規(guī)律，給出科學(xué)合理的解釋，從而實(shí)現(xiàn)納米材料的可控生長，進(jìn) 而達(dá)到結(jié)構(gòu)和物性的調(diào)控，一直是納米材料制備科學(xué)追求的目標(biāo)。目前，研究納米材料的生長過程主要有以下幾種方法(1)用經(jīng)典的結(jié)晶動(dòng)力學(xué) 理論來研究納米材料生長[Sugimoto T, Kimijima K. Journal of Physical Chemistry B. 2003;107;10753-9]，即在一定條件下對所合成的納米材料進(jìn)行終態(tài)(或中間態(tài))檢 測，表征形態(tài)、結(jié)構(gòu)、組成和物性，由檢測結(jié)果進(jìn)行分析，探索可控合成的生長條件，研 究生長機(jī)理和生長動(dòng)力學(xué)[郭敏，刁鵬，王新東，蔡生民.北京科技大學(xué)學(xué)報(bào).2007 ；7 ； 735-8+749] ； (2)用電鏡原位研究納米材料生長過程[a)Zhang XZ, Zhang JM, Chen L， Xu J, You LP, Yu DP.AppliedPhyscis A =Materials Science&Processing. 2008 ;92 ; 669-672. b) Stach FA, Pauzuskie PJ, Kuykendall T, Goldberger J, He RR, Yang PD.Nano Letters. 2003 ；3 ；867-9. c)Radisic A,VereeckenPM,Hannon JB,Searson PC,Rss FM. Nano Letters. 2006 ；6 ；238-42. d) Chou YC, Wu WW, ChengSL, Yoo B-Y, Myung N, Chen LJ, Tu KN. Nano Letters. 2008 ；8 ；2194-9. ] ； (3)用掃描隧道顯微鏡實(shí)時(shí)觀測納米材料生長[a) Skutnik PD, Sgarlata A, Nufris S, Motta N, Balzarotti A. PhysicalReview B. 2004 ； 69 ；201309. b)Zell CA, Freyland W. Langmuir. 2003 ；19 ；7445-50. ] ； (4)用橢圓偏振診斷 技術(shù)對納米材料的生長動(dòng)力學(xué)、性質(zhì)進(jìn)行在線監(jiān)測[Logothetidis S，Gioti M，Patsalas P. Diamond and Related Materials. 2001 ；10 ；117-24. ] ； (5)用同位加速器 X 射線吸收原 位觀測納米結(jié)構(gòu)成核以及生長過程[Lngham B, Llly BN, Ryan MP. Journal of Physical Chemistry C. 2008 ；112 ；2820-4. ] ； (6)用紫外光譜(UV)吸收對納米簇生長過程進(jìn)行實(shí) 時(shí)在線動(dòng)力學(xué)石if究[Mercado L, Castro W, Vicuiia E, Briano JG, Ishikawa Y, Irizarry R, SolaL, Castro ME. International Conference on Computational Nanoscience and Nanotechnology-ICCN. 2002 ；439-42. ] ； (6)用石英晶體微天平結(jié)合原位X射線光電子能譜 對納米結(jié)構(gòu)的生長速率進(jìn)行在線監(jiān)測[Chelly R，Werckmann J,Angot T,Louis P,Bolmont D, Koulmann JJ Thin SolidFilms. 1997 ；294 ；84-7.]。以上這些方法存在的問題是不能用通常的生長參數(shù)(溫度、濃度等)描述納米材 料非平衡生長過程的瞬時(shí)變化動(dòng)態(tài)精細(xì)信息。即無法用通常的某種參數(shù)跟蹤描述納米材 料生長的全過程，包括化學(xué)反應(yīng)、成核生長和形貌演化的熱力學(xué)信息、動(dòng)力學(xué)信息及生長機(jī) 理，無法說明生長過程的不同與最終形貌不同的必然聯(lián)系，在很多情況下對生長機(jī)理的解 釋只是推測的結(jié)果。如用XRD研究納米粒子的生長動(dòng)力學(xué)，僅對球形粒子適用而且不能同步跟蹤；電鏡原位研究納米材料生長是在電鏡監(jiān)測所需要的特殊條件下進(jìn)行的，與通常納 米材料的生長實(shí)際環(huán)境完全不同，不能夠應(yīng)用于普遍的納米材料生長過程研究。另外，原位 電鏡法雖然能直觀觀察納米材料的生長演變過程，但仍然不能獲得納米材料非平衡生長過 程中粒子間相互作用的熱力學(xué)信息和動(dòng)力學(xué)信息；用掃描隧道顯微鏡能從原子、分子水平 上進(jìn)行納米材料生長機(jī)理的研究，也不能獲得納米材料生長過程中粒子間相互作用的熱力 學(xué)信息和動(dòng)力學(xué)信息，另外，所需設(shè)備昂貴、條件苛刻，不能用于通常條件下的納米材料生 長過程研究
發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而采用一種能同時(shí)提供過程 熱力學(xué)信息和動(dòng)力學(xué)信息的微量熱法，該方法能自動(dòng)化地在線監(jiān)測體系變化過程；具有快 速準(zhǔn)確地直接獲取過程的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)信息的獨(dú)特優(yōu)勢；能準(zhǔn)確地測量過程的熱效應(yīng)并 計(jì)算處理獲得過程的動(dòng)力學(xué)參數(shù)和熱效應(yīng)變化規(guī)律，可以推測反應(yīng)過程的機(jī)理、分子結(jié)構(gòu) 的變化；對體系的溶劑性質(zhì)、光譜性質(zhì)和電學(xué)性質(zhì)等沒有任何條件限制；能高精度精細(xì)地 控制納米體系的環(huán)境條件，這使監(jiān)測納米材料生長過程中的化學(xué)反應(yīng)、成核、生長、納米結(jié) 構(gòu)形成、形貌演化等過程瞬時(shí)動(dòng)態(tài)的熱力學(xué)信息和動(dòng)力學(xué)信息成為可能。本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)1)、取原料烷基聚氧乙烯(10)醚、環(huán)己烷、正辛醇和Na2MoO4水溶液放入50mL的燒 杯中，選定正辛醇的物質(zhì)的量與烷基聚氧乙烯(10)醚的物質(zhì)的量的比值P為0. 25,Na2MoO4 水溶液的物質(zhì)的量與烷基聚氧乙烯(10)醚的物質(zhì)的量的比值ω為20，Na2MoO4水溶液的濃 度為0. lmol/L，將上述各組分混合后，于恒溫磁力攪拌器上強(qiáng)烈攪拌30分鐘，配制成均勻 的微乳液A ；2)、取原料烷基聚氧乙烯(10)醚、環(huán)己烷、正辛醇和Cd(NO3)2水溶液放入50mL 的燒杯中，選定正辛醇的物質(zhì)的量與烷基聚氧乙烯(10)醚的物質(zhì)的量的比值P為0. 25， Cd(NO3)2水溶液的物質(zhì)的量與烷基聚氧乙烯(10)醚的物質(zhì)的量的比值ω為20，Cd(NO3)2 水溶液的濃度為0. lmol/L，將上述各組分混合后，于恒溫磁力攪拌器上強(qiáng)烈攪拌30分鐘， 配制成均勻的微乳液B;3)、取ImL微乳液A裝入直徑1. 0cm、高4. 5cm的小玻璃樣品池，取ImL微乳液B裝 入直徑1. 2cm、高6. 5cm的大玻璃樣品池，將小樣品池套入大樣品池中，再將大樣品池放入 不銹鋼反應(yīng)池中，然后將不銹鋼反應(yīng)池放入RD496-2000微熱量計(jì)中，待基線穩(wěn)定后將小樣 品池捅破使微乳液A與微乳液B混合，通過微量熱計(jì)記錄熱電勢的變化，獲取鉬酸鎘八面體 原位生長的熱譜曲線；4)、量熱儀中整個(gè)過程是在室溫下進(jìn)行的，反應(yīng)時(shí)間為0 48小時(shí)；5)、將步驟4)中不同反應(yīng)時(shí)間得到的白色沉淀離心分離，用丙酮、無水乙醇和蒸 餾水多次洗滌，再利用電鏡技術(shù)進(jìn)行表征；6)、將步驟5)中得到的不同反應(yīng)時(shí)間的鉬酸鎘顆粒的電鏡圖片與熱譜曲線進(jìn)行 結(jié)合，研究其生長機(jī)理。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下特點(diǎn)1、本發(fā)明中的鉬酸鎘納米八面體原位生長研究采用的是微量熱法，該方法能自動(dòng)化地在線監(jiān)測體系變化過程，能同時(shí)提供過程熱力學(xué)信息和動(dòng)力學(xué)信息。2、本發(fā)明可廣泛應(yīng)用于其他無機(jī)功能材料原位生長過程的研究。


圖1為本發(fā)明實(shí)施原位生長研究使用的自行研制的不銹鋼反應(yīng)池、大樣品池和小樣品池的照片；圖2a為本發(fā)明實(shí)施例1獲取的熱譜曲線圖，圖2b為制備的CdMoO4納米八面體的 TEM 圖；圖3a為本發(fā)明實(shí)施例2獲取的熱譜曲線圖，圖3b為制備的CdMoO4納米八面體的 TEM 圖；圖4a為本發(fā)明實(shí)施例3獲取的熱譜曲線圖，圖4b為制備的CdMoO4納米八面體的 TEM 圖；圖5為本發(fā)明方法制得的CdMoO4納米八面體的X射線衍射圖(XRD)。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，實(shí)施例的描述僅為便于理解本發(fā) 明，而非對本發(fā)明保護(hù)的限制。實(shí)施例1制備包含0. lmol/L Mo042_的微乳液A，其中正辛醇與烷基聚氧乙烯(10)醚的物質(zhì) 的量的比值P為0. 25，水與烷基聚氧乙烯(10)醚的物質(zhì)的量比ω為20，其余為油相含量； 制得相應(yīng)的各組分含量與微乳液A —致的Cd2+的微乳液B。分別取ImL微乳液A和ImL微 乳液B裝入小樣品池和大樣品池(圖1)，將小樣品池套入大樣品池中，再將大樣品池放入不 銹鋼反應(yīng)池中，然后將不銹鋼反應(yīng)池放入RD496-2000微熱量計(jì)中，待基線穩(wěn)定后將小樣品 池捅破使微乳液A與微乳液B混合，通過微量熱計(jì)記錄熱電勢的變化，獲取t = 0. 5min時(shí) CdMoO4晶體原位生長過程的熱譜曲線(圖2a)，將得到的白色沉淀離心分離，再用丙酮、無 水乙醇和蒸餾水多次洗滌以除去多余的表面活性劑和無機(jī)離子，從而得到約15nm的CdMoO4 八面體(圖2b)。實(shí)施例2制備包含0. lmol/L Mo042_的微乳液A，其中正辛醇與烷基聚氧乙烯(10)醚的物質(zhì) 的量的比值P為0. 25，水與烷基聚氧乙烯(10)醚的物質(zhì)的量比ω為20，其余為油相含量； 制得相應(yīng)的各組分含量與微乳液A —致的Cd2+的微乳液B。分別取ImL微乳液A和ImL微 乳液B裝入小樣品池和大樣品池(圖1)，將小樣品池套入大樣品池中，再將大樣品池放入 不銹鋼反應(yīng)池中，然后將不銹鋼反應(yīng)池放入RD496-2000微熱量計(jì)中，待基線穩(wěn)定后將小樣 品池捅破使微乳液A與微乳液B混合，通過微量熱計(jì)記錄熱電勢的變化，獲取t = 2. 5h時(shí) CdMoO4晶體原位生長過程的熱譜曲線(圖3a)，將得到的白色沉淀離心分離，再用丙酮、無 水乙醇和蒸餾水多次洗滌以除去多余的表面活性劑和無機(jī)離子，從而得到邊長約22nm的 CdMoO4八面體(圖3b)。實(shí)施例3制備包含0. lmol/L Mo042_的微乳液A，其中烷基聚氧乙烯(10)醚的物質(zhì)的量與正辛醇的物質(zhì)的量的比值P為0. 25，水與烷基聚氧乙烯(10)醚的摩爾比ω為20，其余為油相含量；制得相應(yīng)的各組分含量與微乳液A致的Cd2+的微乳液B。分別取ImL微乳液A和 ImL微乳液B裝入小樣品池和大樣品池(圖1)，將小樣品池套入大樣品池中，再將大樣品池 放入不銹鋼反應(yīng)池中，然后將不銹鋼反應(yīng)池放入RD496-2000微熱量計(jì)中，待基線穩(wěn)定后將 小樣品池捅破使微乳液A與微乳液B混合，通過微量熱計(jì)記錄熱電勢的變化，獲取t = 48h 時(shí)CdMoO4晶體原位生長過程的熱譜曲線(圖4a)，將得到的白色沉淀離心分離，再用丙酮、 無水乙醇和蒸餾水多次洗滌以除去多余的表面活性劑和無機(jī)離子，從而得到邊長約25nm 的CdMoO4八面體(圖4b)。
權(quán)利要求
一種研究鉬酸鎘納米八面體原位生長過程的新方法，其特征在于該方法是采用高精度、高靈敏度的RD496-2000微熱量計(jì)對鉬酸鎘納米八面體的原位生長動(dòng)態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)在線監(jiān)測，同時(shí)獲取鉬酸鎘納米八面體生長過程的熱動(dòng)力學(xué)信息，與電鏡表征技術(shù)相結(jié)合，研究其生長過程的熱動(dòng)力學(xué)和生長機(jī)理1)、取原料烷基聚氧乙烯(10)醚、環(huán)己烷、正辛醇和Na2MoO4水溶液放入50mL的燒杯中，選定正辛醇的物質(zhì)的量與烷基聚氧乙烯(10)醚的物質(zhì)的量的比值P為0.25，Na2MoO4水溶液的物質(zhì)的量與烷基聚氧乙烯(10)醚的物質(zhì)的量的比值ω為20，Na2MoO4水溶液的濃度為0.1mol/L，將上述各組分混合后，于恒溫磁力攪拌器上強(qiáng)烈攪拌30分鐘，配制成均勻的微乳液A；2)、取原料烷基聚氧乙烯(10)醚、環(huán)己烷、正辛醇和Cd(NO3)2水溶液放入50mL的燒杯中，選定正辛醇的物質(zhì)的量與烷基聚氧乙烯(10)醚的物質(zhì)的量的比值P為0.25，Cd(NO3)2水溶液的物質(zhì)的量與烷基聚氧乙烯(10)醚的物質(zhì)的量的比值ω為20，Cd(NO3)2水溶液的濃度為0.1mol/L，將上述各組分混合后，于恒溫磁力攪拌器上強(qiáng)烈攪拌30分鐘，配制成均勻的微乳液B；3)、取1mL微乳液A裝入直徑1.0cm、高4.5cm的小玻璃樣品池，取1mL微乳液B裝入直徑1.2cm、高6.5cm的大玻璃樣品池，將小樣品池套入大樣品池中，再將大樣品池放入不銹鋼反應(yīng)池中，然后將不銹鋼反應(yīng)池放入RD496-2000微熱量計(jì)中，待基線穩(wěn)定后將小樣品池捅破使微乳液A與微乳液B混合，通過微量熱計(jì)記錄熱電勢的變化，獲取鉬酸鎘八面體原位生長的熱譜曲線；FSA00000101214000011.tif
2.量熱儀中整個(gè)過程是在室溫下進(jìn)行的，反應(yīng)時(shí)間為0 48小時(shí)；
3.將權(quán)利要求幺中不同時(shí)間得到的白色沉淀離心分離，用丙酮、無水乙醇和蒸餾水多 次洗滌，得到鉬酸鎘納米八面體；
4.將權(quán)利要求多中得到的不同時(shí)間的鉬酸鎘顆粒的電鏡照片與熱譜曲線進(jìn)行關(guān)聯(lián)，研 究其生長機(jī)理。
全文摘要
本發(fā)明采用微量熱法對鉬酸鎘納米八面體原位生長過程進(jìn)行了研究，該方法選用原料非離子表面活性劑烷基聚氧乙烯(10)醚、環(huán)己烷、正辛醇和Na2MoO4水溶液及Cd(NO3)2水溶液，將各組分混合后分別制備成均勻透明的Na2MoO4的微乳液和Cd(NO3)2的微乳液，取Na2MoO4的微乳液1mL裝入直徑1.0cm、高4.5cm的小玻璃樣品池，Cd(NO3)2的微乳液1mL裝入直徑1.2cm、高6.5cm的大玻璃樣品池，將小樣品池套入大樣品池中，再將大樣品池放入不銹鋼反應(yīng)池中，然后將不銹鋼反應(yīng)池放入RD496-2000微熱量計(jì)中，待基線穩(wěn)定后將小樣品池捅破使Na2MoO4微乳液和Cd(NO3)2微乳液混合，通過微熱量計(jì)實(shí)時(shí)記錄熱電勢的變化來獲取鉬酸鎘生長過程的熱動(dòng)力學(xué)信息，與電鏡表征技術(shù)相結(jié)合，研究其生長過程的熱動(dòng)力學(xué)和生長機(jī)理。本發(fā)明利用RD496-2000微熱量計(jì)能自動(dòng)化地在線監(jiān)測體系變化過程，同時(shí)提供過程熱力學(xué)信息和動(dòng)力學(xué)信息；能高精度精細(xì)地控制納米體系的環(huán)境條件；對體系的溶劑性質(zhì)、光譜性質(zhì)和電學(xué)性質(zhì)等沒有任何條件限制。它具有操作安全簡單、精度和靈敏度高、可廣泛用于無機(jī)功能材料原位生長過程的研究。
文檔編號(hào)C01G39/00GK101811735SQ201010153459
公開日2010年8月25日 申請日期2010年4月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月23日
發(fā)明者姜俊穎, 李艷芬, 米艷, 譚學(xué)才, 黃在銀 申請人:廣西民族大學(xué)