Tudo o que você deve saber sobre as nanopartículas de MoO3

Introdução

O trióxido de molibdênio é um dos óxidos de metal de transição com a fórmula química MoO3(H2O)n (n=0 a 3). O MoO3 é usado em uma ampla gama de aplicações, como fotocatalisadores, óptica, detecção de gás, baterias, dispositivos eletrônicos e assim por diante. O MoO3 anidro forma uma estrutura distorcida de octaedros "MoO6". A Figura 1 representa seu cristal ortorrômbico. As esferas verdes são de molibdênio e as esferas vermelhas são de oxigênio. O MoO3 tem três estruturas cristalinas diferentes: fases α-ortorrômbica, β-monoclínica e h-hexagonal. As diferentes estruturas de MoO3 lhes conferem diferentes propriedades físicas e químicas. O h-MoO3 apresenta estabilidade de fase até 436°C, mas o α-MoO3 apresenta uma transição de fase irreversível abaixo de 436°C [1].

Figura 1: Estrutura dos octaedros de _MoO6

Como é feita a nanoestrutura do _MoO3 e discussão sobre a síntese de combustão em solução

Há várias maneiras sintéticas de preparar nanopartículas de trióxido de molibdênio:

Síntese hidrotérmica: sais de molibdênio, como o molibdato de amônio, reagem com peróxido de hidrogênio em uma solução à base de água de alta temperatura e alta pressão para formar nanopartículas de _MoO3.

Síntese solvotérmica: os sais de molibdênio reagem com um solvente orgânico, como o etanol, em um ambiente de alta temperatura para formar nanopartículas de _MoO3.

Co-precipitação: uma solução de sal de molibdênio reage com um agente de precipitação, como hidróxido ou carbonato de metal, sob um pH específico, e as nanopartículas de MoO3 precipitarão da solução.

Síntese de combustão de solução: Os sais de molibdênio se misturam com uma mistura de combustível e oxidante e queimam em alta temperatura para formar nanopartículas de _MoO3.

Há muitas outras formas de síntese que não foram mencionadas aqui. Para obter mais informações ou interesses, entre em contato conosco na Stanford Advanced Materials. Mesmo em uma síntese, diferentes parâmetros levarão a diferentes tipos de estruturas de nano _MoO3. Vamos usar a síntese de combustão de solução como exemplo.

Dissolva o heptamolibdato de amônio (NH4)6Mo7O24-4H2O em água destilada e misture a solução com um solvente orgânico (aqui usamos ureia, EDTA, PEG 200 e sorbitol como diferentes aditivos orgânicos para fazer os experimentos). Aqueça e agite a solução até que os precipitados se formem. A última etapa é aquecer os precipitados para eliminar os aditivos orgânicos e outras impurezas [2].

O heptamolibdato de amônio (AHM) é uma molécula grande e complexa que é frequentemente usada como precursor na produção de compostos de Mo. A equação química da síntese de combustão da solução do AHM é

O MoO3 pode se formar sem o uso de nenhum aditivo, mas os aditivos desempenham um papel importante na condução do crescimento do cristal e dos núcleos de MoO3. Use um microscópio eletrônico de varredura (SEM) para detectar as microestruturas produzidas pelo uso de diferentes aditivos orgânicos. Obtemos as seguintes observações: A ureia produz uma morfologia mais esférica do que os outros três aditivos. O PEG 200 produz nanopartículas maiores, submicro e menos esféricas. O sorbitol e o EDTA produzem nanobastões bastante diferentes [2]. Isso é causado pela estrutura química dos aditivos orgânicos. A Figura 2 abaixo apresenta as estruturas químicas desses quatro aditivos orgânicos. A ureia tem nitrogênio com um par de elétrons não ligante. O PEG200 e o sorbitol têm oxigênio no grupo OH. O EDTA tem ambos os nitrogênios com um par de elétrons não ligantes e oxigênio no grupo OH. Na formação do ligante, o nitrogênio com 2 elétrons livres é maior do que o oxigênio. Portanto, a ureia é mais fácil de atrair Mo do AHM para formar núcleos com um tamanho menor em comparação com o PEG200 e o sorbitol [2].

O EDTA tem 2 nitrogênios com 2 elétrons livres e 4 oxigênios no OH. À primeira vista, ele pode ser o aditivo mais adequado para a fabricação de nanopartículas de MoO3. Mas o EDTA é um composto complexo muito grande, conforme mencionado anteriormente. O efeito de impedimento estérico impede que o nitrogênio do EDTA atraia o Mo. Apenas o grupo de oxigênio está envolvido na estrutura do ligante e cria microestruturas de MoO3 [2].

O PEG200 tem apenas um grupo de oxigênio em ambos os lados. Ele não é tão atraente quanto a ureia, o que significa que tem pouca possibilidade de formar MoO3 simultaneamente em ambos os lados. Mas o PEG200 é um composto de estrutura muito simples com baixo efeito de impedimento estérico. É mais fácil para o PEG 200 formar um ligante do que para o EDTA [2].

Quando um dos grupos de oxigênio do sorbitol se liga ao Mo, é impossível que seu outro grupo de oxigênio se ligue a outro Mo devido à sua estrutura linear. Em suma, o sorbitol não é um bom aditivo para produzir nanopartículas de MoO3 [2]. Outras condições, como pH, temperatura da reação, concentração de Mo e proporção Mo/aditivo, também podem afetar as propriedades das nanopartículas de MoO3 produzidas.

Ureia EDTA

PEG200 Sorbitol

Figura 2: estruturas moleculares dos aditivos orgânicos usados no experimento

Aplicações do _MoO3

A membrana de MoO3 tem boas propriedades eletrocrômicas. Em comparação com outros materiais, como WO3 e TiO2, o MoO3 tem um tempo de resposta mais curto. Além disso, o MoO3 muda para cinza quando detecta um estímulo elétrico. Sua curva de absorção é suave na região visível. O pico de absorção está próximo a 550 nm, que é próximo à faixa sensível dos olhos humanos. Como produzir MoO3 supremo por meio de nanopartículas de MoO3 é uma das pesquisas mais populares.

O PVC é um material de polímero termoplástico amplamente utilizado, mas produz uma fumaça densa ao queimar. O metal de transição apresenta boa supressão de fumaça. Ao combinar dois ou mais tipos de compostos de metal de transição, a fumaça densa do PVC pode ser seriamente restringida. O PVC apresenta sérios riscos de incêndio durante o uso devido à adição de plastificantes. O MoO3 também apresenta bom retardo de chama. A combinação de MoO3 com Cu2O apresenta um efeito sinérgico que pode reduzir o custo do aditivo MoO3 puro e manter as boas propriedades dos cabos.

O MoO3 é um fotocatalisador altamente eficiente. Diferentemente do tratamento tradicional de corantes de águas residuais, os nanocatalisadores podem converter poluentes em produtos inofensivos, como o CO2 [3]. As nanopartículas proporcionam ao MoO3 mais área de contato para acelerar a taxa de degradação.

O MoO3 é um semicondutor do tipo n que pode ser usado em diversas aplicações, como a detecção de gás. Os detectores de gás de óxido metálico "transferem" o gás para a eletricidade, o que é mais rápido e mais simples do que outros detectores. Diferentemente de outros detectores de gás de óxido metálico, o MoO3 é um material semicondutor de amplo intervalo de banda com locais ativos em sua superfície que reagem seletivamente com o gás a ser medido. O MoO3 tem características de alta sensibilidade a gases. Ele apresenta sensibilidade a NH3, H2, CO e outros gases a cerca de 450°C. A membrana de MoO3 puro não funciona bem devido à sua temperatura e seletividade altamente sensíveis. É necessário combiná-la com outros materiais para melhorar a capacidade de sensibilidade ao gás do MoO3. Por exemplo, a combinação de MoO3 com V2O5 para produzir membranas apresenta alta sensibilidade sob baixa temperatura (cerca de 150°C) para NO2, NH3, CO, CH4, SO2 e H2.

Há muitas aplicações para as nanopartículas de _MoO3 que não foram mencionadas. A Stanford Advanced Materials (SAM) fornece diferentes tipos de _MoO3. Se quiser obter mais informações sobre o _MoO3, forneça suas informações de aplicação à nossa equipe técnica para obter orientação.

Referência

1. Pannipa Wongkrua, Titipun Thongtem, Somchai Thongtem, "Síntese de h- e α-MoO3 por combinação de refluxo e calcinação: Phase and Morphology Transformation, Photocatalysis, and Photosensitization", Journal of Nanomaterials, vol. 2013, Article ID 702679, 8 pages, 2013. https://doi.org/10.1155/2013/702679
2. Parviz, D., Kaz→emeini, M., Rashidi, A. M., & Jafari Jozani, K. (2009). Synthesis and characterization of MOO3 nanostructures by solution combustion method employing morphology and size control. Journal of Nanoparticle Research, 12(4), 1509-1521. https://doi.org/10.1007/s11051-009-9727-6
3. Thekkethil, A. J., Sreekuttan, S., & Madhavan, A. A. (2021). Application of nano molybdenum trioxide in thermal storage and photocatalysis (Aplicação de trióxido de nano molibdênio em armazenamento térmico e fotocatálise). Journal of Physics: Conference Series, 2070(1), 012120. https://doi.org/10.1088/1742-6596/2070/1/012120