CN104192914A - 一种钨酸锰单晶纳米线的制备方法 - Google Patents

一种钨酸锰单晶纳米线的制备方法 Download PDF

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Abstract

一种钨酸锰单晶纳米线的制备方法，先以氯化锰、碳酸钾和酒石酸钾钠为原料，制备出碳酸锰先驱体，然后将钨酸钠与制备出的碳酸锰先驱体混合，在120~200oC下，水热反应得到钨酸锰单晶纳米线；本发明具有形貌可控、工艺简单，成本低廉，易于实现工业化生产的优点。本发明制得的钨酸锰纳米线具有单晶结构和非常高的长径比，因而在多铁材料、光催化剂、光致发光、光纤、闪烁体、湿度传感器及磁性材料等方面有着非常广泛的应用前景。

Description

一种钨酸锰单晶纳米线的制备方法
技术领域
本发明涉及无机非金属材料领域，具体的说是涉及一种钨酸锰单晶纳米线的制备方法。
背景技术
钨酸锰是一种具有钨锰铁矿结构的重要的功能材料，在多铁材料、光催化剂、光致发光、光纤、闪烁体、湿度传感器及磁性材料等方面有着广泛的应用前景。
钨酸锰纳米线因具有较大的长径比、较少的晶界和缺陷位点以及较多的表面原子，因而可以显著提高其催化活性且往往表现出特别优异的物理化学性能。目前制备纳米线的常用方法为模板法和表面活性剂法。引入表面活性剂会对环境造成污染，并且操作复杂。目前仅美国人采用模板法成功地制备出钨酸锰纳米线，但模板法只是从外部对晶体的生长起到限域作用，晶体颗粒经团聚而成为模板的形状，因此得到的仅仅是钨酸锰多晶纳米线，并且模板法操作复杂，模板价格昂贵、反应结束后，在去除模板的过程中容易产生污染。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种钨酸锰单晶纳米线的制备方法，其在不使用模板和表面活性剂的条件下，通过控制反应先驱体来控制晶体的取向生长，具有操作简单，形貌可控、成本低廉等优点，本发明制备出的钨酸锰单晶纳米线具有非常高的长径比，有效提高其物理化学性能，具有非常好的工业化应用前景。
本发明所采用的技术方案是：一种钨酸锰单晶纳米线的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、分别配制氯化锰、酒石酸钾钠和碳酸钾的去离子水溶液；
步骤二、取步骤一制得的氯化锰去离子水溶液和酒石酸钾钠去离子水溶液按照等摩尔量混合，得到酒石酸锰沉淀溶液作为反应先驱体，备用；
步骤三、向步骤二中得到的酒石酸锰沉淀溶液中加入等摩尔步骤一配制的碳酸钾去离子水溶液，混合均匀后加入到水热反应釜中进行水热反应，生成碳酸锰沉淀溶液，备用；
步骤四、将步骤三中的水热反应釜冷却至室温，向该水热反应釜中加入与步骤二中氯化锰等摩尔量的钨酸钠粉末，密封，进行水热反应，反应完成后将水热反应釜冷却至室温，卸釜，用蒸馏水洗涤反应产物，过滤、烘干后，得到钨酸锰单晶纳米线。
所述钨酸钠、氯化锰、碳酸钾、酒石酸钾钠的纯度均不低于化学纯。
所述步骤一中配制的氯化锰、酒石酸钾钠和碳酸钾的去离子水溶液的浓度均为0.1~3.0mol/L，所述步骤三和步骤四中水热反应均在120~200℃条件下进行，反应时间为4~12小时。
本发明的有益效果：本发明制得的钨酸锰单晶纳米线具有高长径比，其长径比达到了50以上，在光致发光、光纤、多铁材料、光催化剂、闪烁体、湿度传感器及磁性材料等方面有着广泛的应用前景，本发明采用两次水热反应，经过首次水热反应生成的先驱体碳酸锰，不仅能够有效得到钨酸锰单晶纳米线，而且使得到的纳米线品质量好，本发明水热反应时间为4~12小时，有效避免了时间过短不能制备所需产物，时间过长造成能源浪费的问题。
附图说明
图1是本发明合成的钨酸锰单晶纳米线的XRD图谱；
图2是本发明合成的钨酸锰单晶纳米线的透射电镜图；
图3为本发明合成的钨酸锰单晶纳米线的电子衍射图。
具体实施方式
如图所示，一种钨酸锰单晶纳米线的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、分别配制氯化锰、酒石酸钾钠和碳酸钾的去离子水溶液；
步骤二、取步骤一制得的氯化锰去离子水溶液和酒石酸钾钠去离子水溶液按照等摩尔量混合，得到酒石酸锰沉淀溶液作为反应先驱体，备用；
步骤三、向步骤二中得到的酒石酸锰沉淀溶液中加入等摩尔步骤一配制的碳酸钾去离子水溶液，混合均匀后加入到水热反应釜中进行水热反应，生成碳酸锰沉淀溶液，备用；
步骤四、将步骤三中的水热反应釜冷却至室温，向该水热反应釜中加入与步骤二中氯化锰等摩尔量的钨酸钠粉末，密封，进行水热反应，反应完成后将水热反应釜冷却至室温，卸釜，用蒸馏水洗涤反应产物，过滤、烘干后，得到钨酸锰单晶纳米线。
所述钨酸钠、氯化锰、碳酸钾、酒石酸钾钠的纯度均不低于化学纯。
所述步骤一中配制的氯化锰、酒石酸钾钠和碳酸钾的去离子水溶液的浓度均为0.1~3.0mol/L，所述步骤三和步骤四中水热反应均在120~200℃条件下进行，反应时间为4~12小时。
所述步骤三中水热反应釜的填充度为70%~90%。
以下结合实施例进一步说明本发明。
实施例1
步骤一、将氯化锰溶于去离子水，形成氯化锰水溶液，调节溶液中的氯化锰的浓度为0.1mol/L；
步骤二、将酒石酸钾钠溶于去离子水，形成酒石酸钾钠水溶液，调节溶液中的酒石酸钾钠的浓度为0.1mol/L；
步骤三、将碳酸钾溶于去离子水，形成碳酸钾水溶液，调节溶液中的碳酸钾的浓度为0.1mol/L；
步骤四、将步骤一制得的氯化锰溶液和步骤二制得的酒石酸钾钠溶液按照等摩尔混合，得到酒石酸锰沉淀作为反应先驱体；
步骤五、将步骤三制得的碳酸钾溶液与步骤四制得的酒石酸锰沉淀溶液按照等摩尔混合，然后加入到反应釜内胆中，用蒸馏水调节反应釜内胆中的反应物料体积达到反应釜内胆容积的70%；
步骤六、将步骤五装有反应物料的反应釜内胆置于反应釜中，密封，在120℃下保温4小时进行水热处理，然后让反应釜自然冷却到室温；
步骤七、将步骤六中冷却到室温的反应釜打开后，向反应釜内胆中放入与碳酸锰等摩尔的钨酸钠粉末；
步骤八、将步骤七装有反应物料的反应釜内胆置于反应釜中，密封，在120℃下保温4小时进行水热处理，然后让反应釜自然冷却到室温，卸釜后，用蒸馏水反复洗涤反应产物，过滤、烘干后，得到结晶良好的钨酸锰单晶纳米线。钨酸锰纳米线的长度约为1-1.5um，直径约为20-30nm，长径比约为50。其XRD图谱见图1；透射电镜图见图2，电子衍射图见图3；电子衍射图片证明本发明制备出的钨酸锰纳米线具有单晶结构。
实施例2
步骤一、将氯化锰溶于去离子水，形成氯化锰水溶液，调节溶液中的氯化锰的浓度为2.1mol/L；
步骤二、将酒石酸钾钠溶于去离子水，形成酒石酸钾钠水溶液，调节溶液中的酒石酸钾钠的浓度为2.1mol/L；
步骤三、将碳酸钾溶于去离子水，形成碳酸钾水溶液，调节溶液中的碳酸钾的浓度为2.1mol/L；
步骤四、将步骤一制得的氯化锰溶液和步骤二制得的酒石酸钾钠溶液按照等摩尔混合，得到酒石酸锰沉淀作为反应先驱体；
步骤五、将步骤三制得的碳酸钾溶液与步骤四制得的酒石酸锰沉淀溶液按照等摩尔混合，然后加入到反应釜内胆中，用蒸馏水调节反应釜内胆中的反应物料体积达到反应釜内胆容积的80%；
步骤六、将步骤五装有反应物料的反应釜内胆置于反应釜中，密封，在160℃下保温12小时进行水热处理，然后让反应釜自然冷却到室温；
步骤七、将步骤六中冷却到室温的反应釜打开后，向反应釜内胆中放入与碳酸锰等摩尔的钨酸钠粉末；
步骤八、将步骤七装有反应物料的反应釜内胆置于反应釜中，密封，在200℃下保温6小时进行水热处理，然后让反应釜自然冷却到室温，卸釜后，用蒸馏水反复洗涤反应产物，过滤、烘干后，得到钨酸锰单晶纳米线。
实施例3
步骤一、将氯化锰溶于去离子水，形成氯化锰水溶液，调节溶液中的氯化锰的浓度为3.0mol/L；
步骤二、将酒石酸钾钠溶于去离子水，形成酒石酸钾钠水溶液，调节溶液中的酒石酸钾钠的浓度为3.0mol/L；
步骤三、将碳酸钾溶于去离子水，形成碳酸钾水溶液，调节溶液中的碳酸钾的浓度为3.0mol/L；
步骤四、将步骤一制得的氯化锰溶液和步骤二制得的酒石酸钾钠溶液按照等摩尔量混合，得到酒石酸锰沉淀作为反应先驱体；
步骤五、将步骤三制得的碳酸钾溶液与步骤四制得的酒石酸锰沉淀溶液按照等摩尔量混合，然后加入到反应釜内胆中，用蒸馏水调节反应釜内胆中的反应物料体积达到反应釜内胆容积的90%；
步骤六、将步骤五装有反应物料的反应釜内胆置于反应釜中，密封，在200℃下保温6小时进行水热处理，然后让反应釜自然冷却到室温；
步骤七、将步骤六中冷却到室温的反应釜打开后，向反应釜内胆中放入与碳酸锰等摩尔的钨酸钠粉末；
步骤八、将步骤七装有反应物料的反应釜内胆置于反应釜中，密封，在160℃下保温12小时进行水热处理，然后让反应釜自然冷却到室温，卸釜后，用蒸馏水反复洗涤反应产物，过滤、烘干后，得到钨酸锰单晶纳米线。

Claims (3)

1.一种钨酸锰单晶纳米线的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一、分别配制氯化锰、酒石酸钾钠和碳酸钾的去离子水溶液；
步骤二、取步骤一制得的氯化锰去离子水溶液和酒石酸钾钠去离子水溶液按照等摩尔量混合，得到酒石酸锰沉淀溶液作为反应先驱体，备用；
步骤三、向步骤二中得到的酒石酸锰沉淀溶液中加入等摩尔步骤一配制的碳酸钾去离子水溶液，混合均匀后加入到水热反应釜中进行水热反应，生成碳酸锰沉淀溶液，备用；
步骤四、将步骤三中的水热反应釜冷却至室温，向该水热反应釜中加入与步骤二中氯化锰等摩尔量的钨酸钠粉末，密封，进行水热反应，反应完成后将水热反应釜冷却至室温，卸釜，用蒸馏水洗涤反应产物，过滤、烘干后，得到钨酸锰单晶纳米线。
2.如权利要求1所述的一种钨酸锰单晶纳米线的制备方法，其特征在于：所述钨酸钠、氯化锰、碳酸钾、酒石酸钾钠的纯度均不低于化学纯。
3.如权利要求1所述的一种钨酸锰单晶纳米线的制备方法，其特征在于：所述步骤一中配制的氯化锰、酒石酸钾钠和碳酸钾的去离子水溶液的浓度均为0.1~3.0mol/L，所述步骤三和步骤四中水热反应均在120~200℃条件下进行，反应时间为4~12小时。
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