كل ما يجب أن تعرفه عن جسيمات MoO3 النانوية

مقدمة

أكسيد الموليبدينوم الثلاثي هو أحد أكاسيد الفلزات الانتقالية ذات الصيغة الكيميائية MoO3(H2O)n (n=0 إلى 3). يُستخدم MoO3 في مجموعة واسعة من التطبيقات مثل المحفزات الضوئية والبصريات واستشعار الغازات والبطاريات والأجهزة الإلكترونية وما إلى ذلك. يُكوِّن MoO3 اللامائي بنية "MoO6" الثماني الأوجه المشوَّهة. يمثل الشكل 1 بلورته المعينية. الكرات الخضراء هي الموليبدينوم والكرات الحمراء هي الأكسجين. يحتوي MoO3 على 3 تراكيب بلورية مختلفة: أطوار α-orthorhombic، وβ-أحادي الشكل، وH-سداسي الشكل. تعطي تراكيب MoO3 المختلفة خواص فيزيائية وكيميائية مختلفة. يُظهر h-MoO3 ثبات الطور حتى 436 ℃، لكن α-MoO3 يُظهر انتقال طوري لا رجعة فيه تحت 436 ℃ [1].

الشكل 1: بنية MoOO6_{الثماني الأوجه} MoO6 ثماني الأوجه

كيف تُصنع بنية MoO3_{النانوية} ومناقشة تخليق الاحتراق بالمحلول

هناك عدة طرق تخليقية لتحضير جسيمات الموليبدينوم ثلاثي أكسيد الموليبدينوم النانوية:

التوليف الحراري المائي: تتفاعل أملاح الموليبدينوم مثل موليبدات الأمونيوم مع بيروكسيد الهيدروجين تحت محلول مائي عالي الحرارة والضغط لتكوين_{جسيمات نانو} الموليبدينوم ثلاثي أكسيد الموليبدينوم النانوية.

التوليف الحراري المذيب: تتفاعل أملاح الموليبدينوم مع مذيب عضوي مثل الإيثانول تحت بيئة ذات درجة حرارة عالية لتكوين_جسيمات MoO3_{النانوية}.

الترسيب المشترك: يتفاعل محلول ملح الموليبدينوم مع عامل ترسيب، مثل هيدروكسيد الفلز أو الكربونات تحت درجة حموضة محددة وتترسب جسيمات MoO3 النانوية من المحلول.

تخليق الاحتراق بالمحلول: تختلط أملاح الموليبدينوم مع خليط من الوقود والمؤكسد وتحترق تحت درجة حرارة عالية لتكوين_جسيمات MoO3_{النانوية}.

هناك العديد من الطرق التخليقية الأخرى التي لم يتم ذكرها هنا. للمزيد من المعلومات أو الاهتمامات يرجى الرجوع إلينا في Stanford Advanced Materials. حتى في عملية تخليق واحدة، ستؤدي المعلمات المختلفة إلى أنواع مختلفة من_هياكل MoO3 النانوية. لنستخدم تخليق الاحتراق بالمحلول كمثال.

قم بإذابة سباعي أمونيوم هيبتاموليبدات الأمونيوم (NH4)6Mo7O24-4H2O في الماء المقطر واخلط المحلول بمذيب عضوي (هنا نستخدم اليوريا، وEDTA، وPEG 200، والسوربيتول كإضافات عضوية مختلفة لإجراء التجارب). يُسخّن المحلول ويُحرّك حتى تتكون الرواسب. الخطوة الأخيرة هي تسخين الرواسب للتخلص من الإضافات العضوية والشوائب الأخرى [2].

سباعي الأمونيوم هيبتاموليبدات الأمونيوم (AHM) هو جزيء معقد كبير يستخدم غالبًا كسليفة في إنتاج مركب المونيوم. المعادلة الكيميائية لتخليق احتراق محلول AHM هي

يمكن أن يتشكل MoO3 دون استخدام أي إضافات، ولكن تلعب المواد المضافة دورًا مهمًا في قيادة نمو البلورات ونواة MoO3. استخدم المجهر الإلكتروني الماسح الضوئي (SEM) للكشف عن البنى المجهرية الناتجة باستخدام إضافات عضوية مختلفة. نحصل على الملاحظات التالية: تصنع اليوريا مورفولوجيا كروية أكثر من المضافات الثلاث الأخرى. يصنع PEG 200 جسيمات نانوية شبه مجهرية أكبر وأقل كروية. يصنع السوربيتول و EDTA جسيمات نانوية مختلفة تمامًا [2]. ويرجع ذلك إلى التركيب الكيميائي للإضافات العضوية. يوضح الشكل 2 أدناه التركيب الكيميائي لهذه الإضافات العضوية الأربعة. تحتوي اليوريا على النيتروجين مع زوج من الإلكترونات غير المرتبط. يحتوي كل من PEG200 والسوربيتول على أكسجين في مجموعة OH. وتحتوي EDTA على كل من النيتروجين مع زوج من الإلكترونات غير المرتبط والأكسجين في مجموعة OH. في تكوين الرابطة يكون النيتروجين الذي يحتوي على إلكترونين حرين أكثر من الأكسجين. لذا فإن اليوريا أسهل في جذب الميثيلين من AHM لتكوين نوى ذات حجم أصغر مقارنةً بـ PEG200 والسوربيتول [2].

يحتوي EDTA على 2 نيتروجين مع 2 إلكترون حر و 4 أكسجين في OH. قد تكون المادة المضافة الأكثر ملاءمة لصنع جسيمات MoO3 النانوية في النظرة الأولى. لكن EDTA مركب معقد للغاية كما ذكرنا من قبل. ويمنع تأثير العائق الفراغي نيتروجين EDTA من جذب Mo. وتشارك مجموعة الأكسجين فقط في بنية الرابطة وتصنع البنى المجهرية لـ MoO3 [2].

يحتوي PEG200 على مجموعة الأكسجين فقط على الجانبين. وهو ليس جذابًا مثل اليوريا، مما يعني أن لديه إمكانية منخفضة لتكوين MoO3 في وقت واحد على كلا الجانبين. لكن PEG200 هو مركب بسيط للغاية ذو بنية بسيطة للغاية مع تأثير إعاقة فراغي منخفض. من الأسهل على PEG 200 تكوين رابطة من مركب PEG 200 أكثر من مركب EDTA [2].

عندما ترتبط إحدى مجموعتي الأكسجين في السوربيتول بالمويد، يستحيل على مجموعة الأكسجين الأخرى الارتباط بمجموعة الأكسجين الأخرى بسبب بنيته الخطية. وبشكل عام فإن السوربيتول ليس مادة مضافة جيدة لصنع جسيمات MoO3 النانوية [2]. كما يمكن أن تؤثر الظروف الأخرى مثل الأس الهيدروجيني، ودرجة حرارة التفاعل، وتركيز الميو، ونسبة الميو/المواد المضافة على خصائص جسيمات MoO3 النانوية المنتجة.

اليوريا إيدتا

البولي إيثيلين 200 السوربيتول

الشكل 2: الهياكل الجزيئية للإضافات العضوية المستخدمة في التجربة

_{تطبيقات} MoO3

يتميز غشاء MoO3 بخصائص كهروكرومية جيدة. بالمقارنة مع مواد أخرى مثل WO3 وTiO2، يتميز MoO3 بوقت استجابة أقصر. أيضًا، يتحول MoO3 إلى اللون الرمادي عندما يكتشف محفزًا كهربائيًا. منحنى الامتصاص الخاص به سلس داخل المنطقة المرئية. وتبلغ ذروة الامتصاص بالقرب من 550 نانومتر وهو قريب من النطاق الحساس للعين البشرية. تُعد كيفية صنع جسيمات MoO3 النانوية الفائقة بواسطة جسيمات MoO3 النانوية واحدة من أكثر الأبحاث شيوعًا.

بولي كلوريد الفينيل هو مادة بوليمر لدن بالحرارة مستخدمة على نطاق واسع، ولكنها تنتج دخانًا كثيفًا عند الاحتراق. يُظهر المعدن الانتقالي إخمادًا جيدًا للدخان. من خلال الجمع بين نوعين أو أكثر من مركبات المعادن الانتقالية، يمكن تقييد دخان PVC الكثيف بشكل خطير. يحتوي PVC على مخاطر حريق خطيرة في الاستخدام بسبب إضافة الملدنات. يُظهر MoO3 أيضًا تثبيطًا جيدًا للهب. عند الجمع بين MoO3 مع Cu2O، فإنها تُظهر تأثيرًا تآزريًا يمكن أن يقلل من تكلفة المواد المضافة MoO3 النقية ويحافظ على الخصائص الجيدة للكابلات.

MoO3 هو محفز ضوئي عالي الكفاءة. وعلى عكس معالجة صبغة مياه الصرف الصحي التقليدية، يمكن للمحفزات الضوئية النانوية تحويل الملوثات إلى منتجات غير ضارة مثل ثاني أكسيد الكربون [3]. تمنح الجسيمات النانوية MoO3 مساحة تلامس أكبر لجعل معدل التحلل أسرع.

MoO3 هو شبه موصل من النوع n يمكن استخدامه في تطبيقات واسعة مثل الكشف عن الغازات. تقوم أجهزة الكشف عن الغازات بأكسيد الفلزات "بتحويل" الغاز إلى كهرباء وهو أسرع وأبسط من أجهزة الكشف الأخرى. وعلى عكس كاشفات غازات أكسيد الفلزات الأخرى، فإن MoO3 هو مادة شبه موصلة ذات فجوة نطاق واسعة مع مواقع نشطة على سطحه تتفاعل بشكل انتقائي مع الغاز المراد قياسه. يتميز MoO3 بخصائص عالية الحساسية للغازات. فهو يُظهر حساسية تجاه NH3 وH2 وH2 وثاني أكسيد الكربون والغازات الأخرى عند حوالي 450 درجة مئوية. لا يعمل غشاء MoO3 النقي بشكل جيد بسبب درجة حرارته وانتقائيته الحساسة للغاية. الجمع بينه وبين مواد أخرى لتحسين قدرة MoO3 الحساسة للغازات. على سبيل المثال، الجمع بين MoO3 مع V2O5 لصنع أغشية تُظهر حساسية عالية تحت درجة حرارة منخفضة (حوالي 150 ℃) لغازات NO2 وNH3 وCO وCH4 وSO2 وH2.

هناك الكثير من التطبيقات_{لجسيمات} MoO3_{النانوية} التي لم يتم ذكرها. توفر Stanford Advanced Materials (SAM) أنواعًا مختلفة من MoO3. إذا كنت ترغب في الحصول على مزيد من المعلومات حول MoO3_، يمكنك تقديم معلومات التطبيق الخاص بك إلى موظفينا الفنيين للحصول على المشورة.

المرجع

1. Pannipa Wongkrua, Titipun Thongtem, Somchai Thongtem, "تخليق h- و α-MoO3 عن طريق الجمع بين إعادة التدفق والتكليس: تحول الطور والمورفولوجيا، والتحفيز الضوئي، والتحفيز الضوئي، والتحسس الضوئي"، مجلة المواد النانوية، المجلد. 2013، معرف المادة 702679، 8 صفحات، 2013. https://doi.org/10.1155/2013/702679
2. Parviz, D., Kaz→emeini, M., Rashidi, A. M., &؛ Jafari Jozani, K. (2009). تخليق وتوصيف البنى النانوية MOO3 بواسطة طريقة الاحتراق بالمحلول باستخدام التحكم في الشكل والحجم. مجلة أبحاث الجسيمات النانوية، 12(4)، 1509-1521. https://doi.org/10 .1007/s11051-009-9727-6
3. Thekkethil, A. J., Sreekuttan, S., &amp؛ Madhavan, A. A. (2021). تطبيق ثالث أكسيد الموليبدينوم النانوي في التخزين الحراري والتحفيز الضوئي. مجلة الفيزياء: سلسلة المؤتمرات، 2070(1), 012120. https://doi.org/10. 1088/1742-6596/2070/1/012120