RU2808903C1 - Method for producing molybdenum trioxide moo3 nanopowder in reactor - Google Patents

Method for producing molybdenum trioxide moo3 nanopowder in reactor Download PDF

Info

Publication number
RU2808903C1
RU2808903C1 RU2023113261A RU2023113261A RU2808903C1 RU 2808903 C1 RU2808903 C1 RU 2808903C1 RU 2023113261 A RU2023113261 A RU 2023113261A RU 2023113261 A RU2023113261 A RU 2023113261A RU 2808903 C1 RU2808903 C1 RU 2808903C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
reactor
moo
nanopowder
powder
substrate
Prior art date
Application number
RU2023113261A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Борис Сергеевич Редькин
Николай Николаевич Колесников
Дмитрий Николаевич Борисенко
Елена Борисовна Борисенко
Original Assignee
Федеральное государственное учреждение "Федеральный научно-исследовательский центр "Кристаллография и фотоника" Российской академии наук" (ФНИЦ "Кристаллография и фотоника" РАН)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное учреждение "Федеральный научно-исследовательский центр "Кристаллография и фотоника" Российской академии наук" (ФНИЦ "Кристаллография и фотоника" РАН) filed Critical Федеральное государственное учреждение "Федеральный научно-исследовательский центр "Кристаллография и фотоника" Российской академии наук" (ФНИЦ "Кристаллография и фотоника" РАН)
Application granted granted Critical
Publication of RU2808903C1 publication Critical patent/RU2808903C1/en

Links

Abstract

FIELD: nanooxide materials.
SUBSTANCE: method for producing molybdenum trioxide nanopowder used for the manufacture of scintillators of complex composition, as a catalyst for selective oxidation, as an additive in oils to reduce friction, and as an intermediate product for the production of thin transparent oxide films. The method for producing MoO3 nanopowder in a reactor by evaporating MoO3 powder and depositing its vapor on a substrate is characterized by the fact that the reactor, inside of which the substrate with MoO3 powder is placed, is filled with helium under a pressure of 6-8 MPa, the powder is heated to 650-700°C for 10-20 minutes, and then cooled to room temperature and removed from the reactor.
EFFECT: providing a method for producing a target material with a rod diameter of 5-10 nm using equipment that is simple in design.
1 cl, 2 dwg, 6 ex

Description

Изобретение относится к области получения оксидных материалов и может быть использовано в нанотехнологиях, связанных с применением нанопорошков.The invention relates to the field of production of oxide materials and can be used in nanotechnologies associated with the use of nanopowders.

Развитие нанотехнологий требует получения наноматериалов из различных оксидных соединений. Одним из таких материалов является триоксид молибдена (MoO3), перспективный для изготовления сцинтилляторов сложного состава на основе молибдатов и вольфраматов металлов, а также широко применяемый как катализатор для селективного окисления, как присадка в масла для снижения трения, как промежуточный продукт для получения тонких прозрачных оксидных пленок.The development of nanotechnology requires the production of nanomaterials from various oxide compounds. One such material is molybdenum trioxide ( MoO3 ), which is promising for the manufacture of scintillators of complex composition based on metal molybdates and tungstates, and is also widely used as a catalyst for selective oxidation, as an additive in oils to reduce friction, and as an intermediate product for obtaining thin transparent oxide films.

Известен способ получения порошка триоксида молибдена [1] - аналог, в котором порошок триоксида молибдена с размером частиц до 200 нм получают механическим размолом предварительно синтезированного микропорошка MoO3. Основным недостатком способа является большой размер частиц (до 200 нм).There is a known method for producing molybdenum trioxide powder [1] - an analogue, in which molybdenum trioxide powder with a particle size of up to 200 nm is obtained by mechanical grinding of pre-synthesized MoO 3 micropowder. The main disadvantage of this method is the large particle size (up to 200 nm).

Известен способ получения порошка триоксида молибдена [2] - аналог, в котором порошок триоксида молибдена с размером частиц не более 100 нм получают механоактивированием промышленного порошка MoO3, то есть механическим размолом порошка в мельнице. Основным недостатком способа является большой размер частиц (до 100 нм).There is a known method for producing molybdenum trioxide powder [2] - an analogue in which molybdenum trioxide powder with a particle size of no more than 100 nm is obtained by mechanical activation of industrial MoO 3 powder, that is, by mechanical grinding of the powder in a mill. The main disadvantage of this method is the large particle size (up to 100 nm).

Известен способ получения нанопорошка триоксида молибдена [3], который по числу совпадающих существенных признаков является прототипом предлагаемого изобретения. Способ основан на сублимации технического порошка MoO3 с последующим охлаждением сублимированной субстанции для получения нанопорошка MoO3 хладагентом, например жидким азотом.. Этот способ лишен недостатков механического размалывания.There is a known method for producing molybdenum trioxide nanopowder [3], which, in terms of the number of identical essential features, is a prototype of the proposed invention. The method is based on the sublimation of technical MoO 3 powder with subsequent cooling of the sublimated substance to obtain MoO 3 nanopowder with a refrigerant, for example liquid nitrogen. This method does not have the disadvantages of mechanical grinding.

Однако аппаратная реализация этого способа сложная и требует применения высоких температур (оптимальные результаты достигаются в температурном интервале (1093-1260°С). Кроме того, для реализации способа требуется применение криогенной жидкости, например, жидкого азота.However, the hardware implementation of this method is complex and requires the use of high temperatures (optimal results are achieved in the temperature range (1093-1260°C). In addition, the implementation of the method requires the use of a cryogenic liquid, for example, liquid nitrogen.

При этом наночастицы, полученные данным способом, имеют форму стержней. Диаметр наночастиц, измеренный по электронно-микроскопическим изображениям в описании патента-прототипа, составляет 25-50 нм, то есть является относительно большим.In this case, the nanoparticles obtained by this method have the shape of rods. The diameter of the nanoparticles, measured from electron microscopic images in the description of the prototype patent, is 25-50 nm, that is, it is relatively large.

Технической задачей данного изобретения является создание способа, обеспечивающего получение нанопорошка триоксида молибдена с диаметром стержней в интервале 5-10 нм.The technical objective of this invention is to create a method for producing molybdenum trioxide nanopowder with a rod diameter in the range of 5-10 nm.

Технический результат изобретения заключается в обеспечении возможности промышленного производства нанопоршка триоксида молибдена дешевым способом на простом по конструкции оборудовании.The technical result of the invention is to enable the industrial production of molybdenum trioxide nanopowder in a cheap way using equipment that is simple in design.

Указанная техническая задача и результат достигаются в результате того, что в способе получения нанопорошка триоксида молибдена МоО3 в реакторе путем испарения порошка MoO3 и осаждения его паров на подложку, реактор, внутри которого размещена подложка с порошком MoO3, заполняют гелием под давлением 6-8 МПа, нагревают порошок до 650-700° в течение 10-20 минут, а затем охлаждают до комнатной температуры и извлекают из реактора.The specified technical task and result are achieved as a result of the fact that in the method of producing molybdenum trioxide MoO 3 nanopowder in a reactor by evaporating the MoO 3 powder and depositing its vapors on a substrate, the reactor, inside of which the substrate with MoO 3 powder is placed, is filled with helium under a pressure of 6- 8 MPa, heat the powder to 650-700° for 10-20 minutes, and then cool to room temperature and remove from the reactor.

Проведение технологических операций по предлагаемому способу позволяет получать нанопорошок из триоксида молибдена с диаметром стержней в интервале 5-10 нм. При этом температура проведения процесса существенно ниже, чем в способе-прототипе.Carrying out technological operations according to the proposed method makes it possible to obtain nanopowder from molybdenum trioxide with a rod diameter in the range of 5-10 nm. In this case, the temperature of the process is significantly lower than in the prototype method.

Проведенные эксперименты показали следующее:The experiments carried out showed the following:

Оптимальная температура нагрева порошка триоксида молибдена MoO3 составляет 650-700°С. При более низких температурах не происходит испарения порошка, а при более высоких температурах вместо нанопорошка образуются игольчатые микрокристаллы.The optimal heating temperature for molybdenum trioxide powder MoO 3 is 650-700°C. At lower temperatures, the powder does not evaporate, and at higher temperatures, needle-shaped microcrystals are formed instead of nanopowder.

При давлениях гелия ниже 6 МПа, из-за большой скорости испарения источника триоксида молибдена MoO3, в зоне осаждения растут преимущественно микрокристаллы MoO3. Увеличение давления выше 8 МПа не приводит к росту выхода нанопорошка.At helium pressures below 6 MPa, due to the high rate of evaporation of the source of molybdenum trioxide MoO 3 , predominantly MoO 3 microcrystals grow in the deposition zone. An increase in pressure above 8 MPa does not lead to an increase in the yield of nanopowder.

При временах проведения процесса менее 10 минут снижается выход нанопорошка, а при продолжительности процесса свыше 20 минут в зоне осаждения наблюдается значительное количество микрокристаллов в виде иголок с диаметром до 10 мкм и более.When the process takes less than 10 minutes, the yield of nanopowder decreases, and when the process lasts more than 20 minutes, a significant amount of microcrystals in the form of needles with a diameter of up to 10 microns or more is observed in the deposition zone.

Выбор инертного газа гелия в качестве рабочей среды обусловлен тем, что использование других газов (аргон, кислород и т.д.) не приводит к образованию нанопорошка триоксида молибдена в условиях процесса.The choice of inert helium gas as a working medium is due to the fact that the use of other gases (argon, oxygen, etc.) does not lead to the formation of molybdenum trioxide nanopowder under process conditions.

Способ поясняется изображениями на фигурах.The method is illustrated by images in the figures.

Фиг. 1 Схема одной из возможных установок для реализации предлагаемого способа.Fig. 1 Scheme of one of the possible installations for implementing the proposed method.

Фиг. 2 изображение нанопорошка, приготовленного по предлагаемому способу. Изображение получено в сканирующем электронном микроскопе Versa. Надписями на изображении показаны диаметры отдельных стержней нанопорошка. Видно, что диаметры этих наностержней находятся в интервале 5-10 нм.Fig. 2 is an image of a nanopowder prepared using the proposed method. Image taken with a Versa scanning electron microscope. The inscriptions on the image show the diameters of individual nanopowder rods. It can be seen that the diameters of these nanorods are in the range of 5–10 nm.

Одним из возможных устройств, на котором может быть реализован способ, является лабораторная установка, схема которой приведена на Фиг. 1. Устройство рассчитано на исходную загрузку МоО3 массой до 15 г.One of the possible devices on which the method can be implemented is a laboratory installation, the diagram of which is shown in Fig. 1. The device is designed for an initial load of MoO 3 weighing up to 15 g.

Устройство содержит патрубок 1 для ввода гелия внутрь камеры реактора, электрический нагреватель 2, лодочку 3, предназначенную для размещения исходной навески внутри камеры реактора, подложку 4 из кварцевого стекла для осаждения нанопорошка; патрубок 5 для отвода гелия при сбросе давления в камере реактора. Зона испарения в устройстве ограничена нагревателем 2, а зона осаждения - подложкой 4.The device contains a pipe 1 for introducing helium into the reactor chamber, an electric heater 2, a boat 3 designed to place the initial sample inside the reactor chamber, a quartz glass substrate 4 for depositing nanopowder; pipe 5 for removing helium when releasing pressure in the reactor chamber. The evaporation zone in the device is limited by heater 2, and the deposition zone by substrate 4.

Примеры реализации способа.Examples of method implementation.

Пример 1.Example 1.

Навеску MoO3 массой 15 г. поместили в лодочку в зоне испарения реактора (Фиг. 1). В зоне осаждения разместили подложку из кварцевого стекла. Реактор заполнили гелием так, что в рабочем режиме давление в камере составило 6 МПа. Зону испарения реактора разогрели до температуры 650°С. Процесс вели в течение 20 минут, после чего нагрев был отключен. После охлаждения подложка была извлечена из зоны осаждения. На подложке образовался нанопорошок MoO3 с диаметром частиц 5-10 нм (Фиг. 2). Масса полученного нанопорошка составила 9,3 г.A sample of MoO 3 weighing 15 g was placed in a boat in the evaporation zone of the reactor (Fig. 1). A quartz glass substrate was placed in the deposition zone. The reactor was filled with helium so that in operating mode the pressure in the chamber was 6 MPa. The evaporation zone of the reactor was heated to a temperature of 650°C. The process was carried out for 20 minutes, after which the heating was turned off. After cooling, the substrate was removed from the deposition zone. MoO 3 nanopowder with a particle diameter of 5-10 nm was formed on the substrate (Fig. 2). The mass of the resulting nanopowder was 9.3 g.

Пример 2.Example 2.

Навеску MoO3 массой 15 г. поместили в лодочку в зоне испарения реактора. В зоне осаждения была размещена подложка из кварцевого стекла Реактор заполнили гелием так, чтобы в рабочем режиме давление в камере составляло 8 МПа. Зону испарения реактора разогрели до температуры 700°С. Процесс проводили в течение 10 минут, после чего нагрев был отключен. После охлаждения реактора подложка была извлечена из зоны осаждения. На подложке образовался нанопорошок MoO3 с диаметром частиц 5-10 нм. Масса полученного нанопорошка составила 9,4 г.A sample of MoO 3 weighing 15 g was placed in a boat in the evaporation zone of the reactor. A quartz glass substrate was placed in the deposition zone. The reactor was filled with helium so that in operating mode the pressure in the chamber was 8 MPa. The evaporation zone of the reactor was heated to a temperature of 700°C. The process was carried out for 10 minutes, after which the heating was turned off. After cooling the reactor, the substrate was removed from the deposition zone. MoO 3 nanopowder with a particle diameter of 5-10 nm was formed on the substrate. The mass of the resulting nanopowder was 9.4 g.

Пример 3.Example 3.

Навеску MoO3 массой 15 г. поместили в лодочку в зоне испарения реактора. В зоне осаждения была размещена подложка из кварцевого стекла. Реактор был заполнен гелием так, что в рабочем режиме давление в камере составило 6 МПа. Зона испарения реактора была разогрета до температуры 600°С. Процесс проводили в течение 20 минут, после чего нагрев был отключен. После охлаждения реактора подложка была извлечена из зоны осаждения. На подложке не было зафиксировано образования нанопорошка.A sample of MoO 3 weighing 15 g was placed in a boat in the evaporation zone of the reactor. A quartz glass substrate was placed in the deposition zone. The reactor was filled with helium so that in operating mode the pressure in the chamber was 6 MPa. The evaporation zone of the reactor was heated to a temperature of 600°C. The process was carried out for 20 minutes, after which the heating was turned off. After cooling the reactor, the substrate was removed from the deposition zone. No nanopowder formation was detected on the substrate.

Пример 4.Example 4.

Навеску MoO3 массой 15 г. поместили в лодочку в зоне испарения реактора. В зоне осаждения разместили подложку из кварцевого стекла Реактор заполнили гелием так, что в рабочем режиме давление в камере составило 6 МПа. Зона испарения реактора была разогрета до температуры 850°С. Процесс проводили в течение 20 минут, после чего нагрев был отключен. После охлаждения реактора подложка была извлечена из зоны осаждения. На подложке не образовался нанопорошок, осаждение MoO3 произошло в виде игольчатых микрокристаллов и их сростков.A sample of MoO 3 weighing 15 g was placed in a boat in the evaporation zone of the reactor. A quartz glass substrate was placed in the deposition zone. The reactor was filled with helium so that in operating mode the pressure in the chamber was 6 MPa. The evaporation zone of the reactor was heated to a temperature of 850°C. The process was carried out for 20 minutes, after which the heating was turned off. After cooling the reactor, the substrate was removed from the deposition zone. No nanopowder was formed on the substrate; MoO 3 was deposited in the form of needle-shaped microcrystals and their intergrowths.

Пример 5.Example 5.

Навеску MoO3 массой 15 г. разместили в лодочке в зоне испарения реактора. В зоне осаждения была размещена подложка из кварцевого стекла. Реактор был заполнен гелием так, что в рабочем режиме давление в камере составляло 6 МПа. Зона испарения реактора была разогрета до температуры 650°С. Процесс проводили в течение 25 минут, после чего нагрев был отключен. После охлаждения реактора подложка была извлечена из зоны осаждения. На подложке образовался порошок MoO3 с диаметром частиц свыше 10 нм и содержащий примесь микрокристаллов триоксида молибдена.A sample of MoO 3 weighing 15 g was placed in a boat in the evaporation zone of the reactor. A quartz glass substrate was placed in the deposition zone. The reactor was filled with helium so that in operating mode the pressure in the chamber was 6 MPa. The evaporation zone of the reactor was heated to a temperature of 650°C. The process was carried out for 25 minutes, after which the heating was turned off. After cooling the reactor, the substrate was removed from the deposition zone. A MoO 3 powder with a particle diameter of over 10 nm and containing an admixture of molybdenum trioxide microcrystals was formed on the substrate.

Пример 6.Example 6.

Навеску MoO3 массой 15 г. разместили в лодочке в зоне испарения реактора. В зоне осаждения разместили подложку из кварцевого стекла. Реактор заполнили гелием так, что в рабочем режиме давление в камере составило 6 МПа. Зона испарения реактора была разогрета до температуры 650°С. Процесс проводили в течение 5 минут, после чего нагрев был отключен. После охлаждения реактора подложка была извлечена из зоны осаждения. На подложке было зафиксировано образование незначительного количества нанопорошка МоО3 (масса полученного нанопорошка составила 1,07 г.)A sample of MoO 3 weighing 15 g was placed in a boat in the evaporation zone of the reactor. A quartz glass substrate was placed in the deposition zone. The reactor was filled with helium so that in operating mode the pressure in the chamber was 6 MPa. The evaporation zone of the reactor was heated to a temperature of 650°C. The process was carried out for 5 minutes, after which the heating was turned off. After cooling the reactor, the substrate was removed from the deposition zone. The formation of a small amount of MoO 3 nanopowder was detected on the substrate (the mass of the resulting nanopowder was 1.07 g)

Приведенные примеры показывают, что определены оптимальные параметры рабочих процессов, и предлагаемый способ пригоден для промышленного применения.The examples given show that the optimal parameters of the work processes have been determined, and the proposed method is suitable for industrial use.

Источники информацииInformation sources

1. CN114314666 (A), «Oxygen vacancy type nano molybdenum trioxide antibacterial agent and preparation method thereof», МПК A01N59/16; A01P1/00; B82Y40/00; C01G39/02, опубл. 12.04.20221. CN114314666 (A), “Oxygen vacancy type nano molybdenum trioxide antibacterial agent and preparation method thereof”, IPC A01N59/16; A01P1/00; B82Y40/00; C01G39/02, publ. 04/12/2022

2. RU 2444560 «Металлсодержащая присадка к топливам, способ ее получения и способ ее применения», МПК C01L 1/10, опубл. 10.03.2012.2. RU 2444560 “Metal-containing fuel additive, method of its preparation and method of its use”, IPC C01L 1/10, publ. 03/10/2012.

3. US 2009142597 «Nano-Particles of Molybdenum Oxide» B01D 5/00, B01D 7/00, опубл. 04.06.20093. US 2009142597 “Nano-Particles of Molybdenum Oxide” B01D 5/00, B01D 7/00, publ. 06/04/2009

Claims (1)

Способ получения нанопорошка триоксида молибдена MoO3 в реакторе путем испарения порошка MoO3 и осаждения его паров на подложку, отличающийся тем, что реактор, внутри которого размещена подложка с порошком MoO3, заполняют гелием под давлением 6-8 МПа, нагревают порошок до 650-700°C в течение 10-20 минут, а затем охлаждают до комнатной температуры и извлекают из реактора.A method for producing molybdenum trioxide nanopowder MoO 3 in a reactor by evaporating the MoO 3 powder and depositing its vapor on a substrate, characterized in that the reactor, inside of which the substrate with the MoO 3 powder is placed, is filled with helium under a pressure of 6-8 MPa, the powder is heated to 650- 700°C for 10-20 minutes, and then cooled to room temperature and removed from the reactor.
RU2023113261A 2023-05-23 Method for producing molybdenum trioxide moo3 nanopowder in reactor RU2808903C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2808903C1 true RU2808903C1 (en) 2023-12-05

Family

ID=

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Кошелев С.В. и др. ПОЛУЧЕНИЕ НАНОКРИСТАЛЛОВ ОКСИДА МОЛИБДЕНА MoO3 И ИХ СТРУКТУРНОФАЗОВОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ, 28.03.2007. D.E. Diaz-Droguett et al. / Gas effects on the chemical and structural characeristics of porous MoO3 and MoO3-x grown by vapor condensation in helium and hydrogen / Materials Chemistry and Physics, March 2011, P. 82-90. D.E. Diaz-Droguett et al. NANOSTRUCTURES OF CRISTALLINE MOLYBDENUM TRIOXIDE GROWN BY CONDENSATION IN A CARRIER GAS / J Nanosci Nanotechnol, 2008. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Arole et al. Fabrication of nanomaterials by top-down and bottom-up approaches-an overview
Uyeda et al. Ultra-fine particles: exploratory science and technology
Amadi et al. Nanoscale self-assembly: concepts, applications and challenges
Chen et al. Synthesis, characterization, and hydrophobic properties of Bi2S3 hierarchical nanostructures
Dellasega et al. Tungsten oxide nanowires grown on amorphous-like tungsten films
Palkovská et al. Investigation of the thermal decomposition of a new titanium dioxide material: TA/MS and EPR study
Lu et al. Electron beam induced crystallization in Fe-doped SnO 2 nanoparticles
RU2808903C1 (en) Method for producing molybdenum trioxide moo3 nanopowder in reactor
Su et al. Structure and optical properties of tungsten oxide nanomaterials prepared by a modified plasma arc gas condensation technique
Cui et al. Tailoring nanomaterial products through electrode material and oxygen partial pressure in a mini-arc plasma reactor
Denholme et al. Growth and characterisation of titanium sulphide nanostructures by surface–assisted vapour transport methods; from trisulphide ribbons to disulphide nanosheets
Cheng et al. Interfaces determine the nucleation and growth of large NbS 2 single crystals
Wei et al. Facile synthesis of α-Fe2O3 nanostructured films with controlled morphology
Hamdi-Mohammadabad et al. Evaluation of structural and optical properties of TeO2 nano and micro structures grown on glass and silicon substrates using thermal evaporation method
Roddatis et al. The structure of thin zirconia films obtained by self-assembled monolayer mediated deposition: TEM and HREM study
Kabiri et al. Preparation and characterization of tin oxide nanowires
Luo et al. Complex three-dimensional tungsten oxide nanowire networks: controllable synthesis and growth mechanism
Bezuidenhout et al. High density and patternable growth of silicon, germanium and alloyed SiGe nanowires by a rapid anneal protocol
Arora Nanomaterials: methods of generation
Siciliano et al. Tellurium microtubes synthesized by thermal evaporation method
Bhaumik et al. Direct conversion of carbon nanofibers into diamond nanofibers using nanosecond pulsed laser annealing
Luo et al. Oxidation kinetics of nanocrystalline Al thin films
Arora 2 Nanomaterials
UA92556C2 (en) Method of obtaining nanoparticles of metal-oxygen system with given composition by electron beam evaporation and condensation in vacuum
Lan et al. Grids for Applications in High-Temperature High-Resolution Transmission Electron Microscopy