通過氣相運輸生長的氧化鉬納米粒子團聚體

韓國大邱天主教大學（Daegu Catholic University）的研究人員進行了一項研究介紹了先進方法，將氣相運輸（chemical vapor transport, CVT）與淬火效應相結合創建氧化鉬納米粒子團聚體陣列，該陣列由分層結構的精細納米粒子（NPs）組成，垂直生長在碳纖維紙（CFP）基材的單個碳纖維上，且覆蓋均勻。

所獲得的氧化鉬NPs通過淬火效應在保持穩定的α-MoO₃相的同時，還保持了可轉移的高溫γ-Mo₄O₁₁相。此外，這種淬火效應通過抑制初級粒子的生長和凝聚，形成更薄、更小的納米粒子聚集體。使用兩種不同類型的前驅體製備氧化鉬納米顆粒聚集體：MoO₃和MoO₃與活性炭的1:1（mol/mol）混合物。

使用X射線衍射、拉曼光譜、X射線光電子能譜和傅裡葉變換紅外光譜表表徵的結果表明，在所製備的NPs內，α-MoO₃和γ-Mo₄O₁₁的相對數量取決於前體類型；在使用MoO₃和碳的混合前體製備的NPs中，α-MoO₃和γ-Mo₄O₁₁的數量較少。

這項加工-結構研究可以作為開發各種電子和催化應用中高性能納米材料的基礎。納米級材料由於其高的表面積和不同於塊材的化學活性，在電子、催化、感測器和儲能應用方面引起了廣泛關注。在這些材料的各種合成方法中，化學氣相沉積（CVD）技術中的化學氣相傳輸已被廣泛用於大規模合成均勻尺寸的納米材料。

然而，在大多數情況下，所獲得的納米材料往往具有較差的尺寸和形狀均勻性，基底覆蓋稀疏，這是由於幾個同時發生的反應造成的。特別是在二維（2D）納米片的生長中，基底面的主要生長與低化學和催化活性被認為是傳統CVD技術應用的主要缺點。

因此，在這項工作中，研究人員縮短CVD過程中的冷卻時間，以便通過抑制初級粒子的生長和凝聚來獲得更薄更小的納米粒子聚集體（次級粒子）。這種從高溫到室溫的納米粒子沉積的淬火效果是通過將基片的位置放在管式爐外實現的。

在它們的微觀結構中，有一個可轉移的高溫相和一個穩定相。它們的形態表現出由細小的初級NPs組成的分層結構。此外，考慮到各種電子和催化應用，如氣體感測器、超級電容器、光催化劑、環境催化劑和電催化劑，將氧化鉬納米粒子團聚體沉積在具有高表面積的導電碳纖維紙（carbon fiber papers, CFPs）上。

本工作中選擇的氧化鉬作為案例材料，是一種過渡金屬氧化物，具有多變的氧化態和晶體結構，已被廣泛用於電子、催化、感測器、電致變色和儲能系統的各種應用。非化學計量的MoO_x顯示出更多樣化的亞氧化物結構，其平均價位在Mo⁶⁺和Mo⁴⁺之間。其中，可轉移的馬格尼利相Mo₄O₁₁是最常觀察到的結構之一，並以低溫單斜體η相或高溫正交γ相（或稱為α相）的形式出現，MoO₃的還原過程包括形成Mo₄O₁₁作為中間產物。

研究人員從加工-結構關係方面研究了氧化鉬NPs的結構和相。通過氣相運輸方法將薄而小的氧化鉬納米粒子團聚體均勻地沉積在CFP基底上，結合將基底的位置放在管式爐外實現的淬火效果。獲得的氧化鉬納米顆粒陣列顯示了細小NPs的層次結構，這些NPs垂直生長，均勻地覆蓋在CFP基底的各個碳纖維上。

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