Study of the conditions obtaining a thin film of molybdenum trioxide.pdf Внимание к триоксиду молибдена значительно возросло за последние несколько лет ввиду его обширного применения в различных областях. Различные формы триоксида молибдена имеют несколько важных свойств: хорошая фотокаталитическая способность в зарядных устройствах, в сборке, хранении и производительности Li. Поэтому триоксид молибдена широко используется в промышленности катализаторов, полевых транзисторов, газовых датчиков и электродах батарей [1]. Триоксид молибдена и его производные синтезируют различными физическими и химическими методами. Кроме того, некоторые авторы классифицировали эти методы в три основные категории: пар, жидкие и твердые методы. В литературе представлено несколько методов синтеза этих веществ, в том числе вакуумной конденсацией [2], получением пара MoO3 и охлаждением в камере [6], химическим осаждением и термообработкой осажденного продукта [4], термическим испарением в вакууме MoO3 [5], гидротермальным золь-гель процессом [3], гидролизом в кислой среде [7], осаждением жидкой фазы композитных материалов на основе MoO3 [8], синтезом ультрадисперсного триоксида молибдена в поливиниловом спирте [9], гидротермальным синтезом [10], фотохимическим осаждением на стеклянных подложках [11], синтезом антибактериальных свойств триоксид молибдена методом химического осаждения [12]. Как видно из вышеуказанных исследований, тетратиомолибдат аммония не был использован для синтеза триоксида молибдена. Цель работы заключалась в получении тонкой пленки триоксида молибдена из тетра-тиомолибдата и изучении влияния факторов на кристаллизации нано- и микрочастиц. Экспериментальная часть Тетратиомолибдат аммония [(NH4)2MoS4] получен по методике [1] из ортомолибдата аммония (NH4)2Mo04'4H2O. Тетратиомолибдат аммония - темно-оранжевое кристаллическое вещество, растворяется в воде, этаноле и гидроокиси аммония. Для проведения экспериментальных опытов приготовлены различные концентрации (0,025 М, 0,05 М и 0,075 М) раствора тетратиомолибдата аммония. В качестве растворителя использована смесь этанола и гидроокиси аммония. Из каждого раствора тетратиомолибдата аммония 3-5 мл наносится на три стеклянные подложки и высушивается при комнатной температуре. После этого температура повышается до 80°С и стеклянные подложки выдерживаются в течение 10 мин. Затем образцы при температуре 400-450°С прокаливаются в муфельной печи марки Nabertherm P - 330 (Германия) в атмосфере воздуха со скоростью подъема температуры 10°С/мин в течение 30-90 мин. Полнота осаждения тетра-тиомолибдата аммония получается из 0,075 М раствора. Стеклянная подложка приготовлена из фотопластинки толщиной 1,27-10-3 м, площадь составила 3,5 10-3 м2. Подложка промывается сначала крепкой азотной кислотой, затем хромовой смесью, жидким раствором мыла, после дистиллированной водой и высушивается при комнатной температуре. Таким путем полученные нанокристаллы имеют белый цвет и развитую поверхность. Идентификацию фаз синтезированного образца проводили на рентгеновском дифрактометре «Bruker, D2 PHASER» (Германия) при скорости сканирования 0,2° в минуту в диапазоне от 20 до 70° Cu Ka = 1,54 А). Морфология поверхности была рассмотрена при помощи сканирующей электронной микроскопии «ТЕМ 3000, Hitachi» (Япония). Толщина тонкой пленки определяется микроскопическими методами. Результаты и их обсуждение В результате исследования выяснено, что тетратиомолибдат аммония начинает окисляться при температуре 300-350°С и образует частицы три-оксида молибдена по следующему уравнению: 2(NH4)2MoS4 + 8O2 ^2МоО3 + 4NH3 + 8SO2 + 2Н2О Из уравнения видно, что во время окисления тетратиомолибдата аммония (термическая обработка на воздухе) образуются МоО3 и летучие соединения. Это позволяет получить триоксид молибдена в чистом виде. Термическая обработка образцов проводилась при температуре 400-450°C в течение 60 мин. При этой температуре тетратиомолибдат аммония полностью переходит в триоксид молибдена. Рентгенофазовый анализ показал, что в полученной тонкой пленке триоксид молибдена находится в а-МоО3 фазе. Не наблюдалось ни одного вторичного дифракционного пика примесей или других фаз. / (а) О 20 40 60 80 20. град Рис. 1. Дифрактограмма тонкой пленки а-МоО3 -Г-1-г1-1--М1--Г-1-1-*• о 10 20 30 40 50 ,-|а Рис. 2. Штрихдиаграмма тонкой пленки а - МоО3 На рис. 1, 2 показана картина дифракции тонкой пленки триоксида молибдена. Расчетные значения параметров решетки были следующими: а = 10,38 А и с = 14,01 А, которые согласуются со стандартными значениями. Размер кристалла, рассчитанный из наиболее интенсивного пика 25,50, был равен 36,23 нм. Образцы тонкой пленки а-МоО3 отжигают при температуре 500°С в течение 90 мин. Во время отжига цвет тонкой пленки а-МоО3 меняется от беловатого до сероватого. После охлаждения цвет образца снова становится белым. Рентгенограмма отожженного образца тонкой пленки а-МоО3 хорошо согласуется с JCPDS картой № 05-0508 [13]. Морфология поверхности а-МоО3 изучена с помощью электронного микроскопа. Установлено, что наночастицы триоксида молибдена кристаллизуются при температуре 400-450°С в течение 60 мин (рис. 3, 4). Рис. 3. Микроморфология тонкой пленки а-МоО3 при температуре 400°С Рис. 4. Микроморфология тонкой пленки а-МоО3 при температуре 450°С Как видно из рисунков, тонкие пленки образцов состоят из плоских стержней длиной 4-7 мкм, шириной 400-750 нм. Как было указано выше, толщина пленки также определена микроскопическим методом (рис. 5). .......... 1 4,3шп, I Bmm ТМ3000_0415 2014/09/11 21:43 NL D11.0 1mm Рис. 5. Толщина тонкой пленки а-МоО3 Для измерения толщины тонкой пленки стеклянная подложка помещается в микроскоп боковой стороной. Толщина полученной тонкой пленки составляет 14,3 нм. Изучена скорость кристаллизации образцов в зависимости от времени. Выяснено, что в течение промежутка времени 3060 мин происходит формирование наночастиц. В результате проведенных опытов обнаружено, что при окислении тио-молибдата аммония получаются микро- и наночастицы в температурном интервале 400-450°С в атмосфере воздуха в течение 30-60 мин. В указанных условиях формируется фаза а-МоО3, которая крепко прилипает на стеклянную подложку. Это показывает, что частицы имеют сильные адгезионные свойства.

Скачать электронную версию публикации