Self-assembled 1-D $\textit{h}-WO_3$ nanowire bundles and urchin-like structures were successfully synthesized through a hydrothermal process. A pure hexagonal phase crystalline $WO_3$ hierarchical nanostructure was confirmed by XRD and TEM analyses. SEM and TEM images revealed self-assembled nanowire bundles and nanorods that formed urchin-like structures. The shapes of the $\textit{h}-WO_3$ nanowire bundles and urchin-like nanostructures could be manipulated by application of $Na^+$ and $NH_4^+$ based EDTA salt solutions in the presence of $Na_2SO_4$. In addition, a particular amount of sodium ions and the ratio of $NH_4^+$ / $Na^+$ ions in the reaction medium plays a unique role even though presence of ammonium ions is required for producing the morphology of urchin-like structure of $WO_3$ nanocrystals. This versatile method provides a straightforward and efficient means of obtaining $WO_3$ nanostructures having unique morphologies. The characteristic properties of the nanowire bundles were considerably enhanced compared to those of the urchin-like structures, because of their highly ordered self-assembled structures.
$MoO_3$ Nanobelts, $MoO_2$ Hollow spheres, $MoO_3$ Nanoplatelets and Self-assembled $MoO_2$ Nanoplatelets samples were successfully synthesized through hydrothermal reaction of $Na_2MoO_4$ or $(NH_4)_6Mo_7O_{24}\cdot4H_2O$, HCl and with/without $NH_4^+$ based EDTA salt solutions and $Na_2SO_4$. Unlike tungsten oxide nanoparticles synthesis, $MoO_3$ Nanobelts and $MoO_2$ Hollow spheres could be synthesized when HCl and water solvent were used. A pure phase crystalline molybdenum oxide nanoparticles were confirmed by XRD and TEM analyses. SEM and TEM images revealed nanoplatelets that formed Self-assembled $MoO_2$ Nanoplatelets. The morphologies of the molybdenum oxide nanoparticles could be manipulated by application of $NH_4^+$ based EDTA salt solutions in the presence of $Na_2SO_4$. In addition, unlike tungsten oxide $MoO_3$ Nanobelts and $MoO_2$ Hollow spheres could be synthesized without any kind of surfactant and sulfates. However like tungsten oxide nanoparticles, a particular amount of sodium ions in the reaction medium plays a unique role even though presence of ammonium ions is required for producing the morphology of self-assembled structure of molybdenum oxide nanoparticles. This versatile method provides a straightforward and efficient means of obtaining molybdenum oxide nanoparticles having unique morphologies. It is expected that the characteristic properties of the molybdenum oxide would be considerably enhanced compared to those of the bulk structures, because of their highly ordered self-assembled structures or unique morphologies.
최근, 나노선, 나노벨트, 나노판상과 같은 나노 입자 합성 및 그 특성 평가가 많은 연구자들의 관심의 대상이 되고 있다. 그 중 텅스텐 산화물과 몰리브데늄 산화물은 우수한 전기변색 특성과 전기화학적특성으로 나노화되었을 경우, 그 응용 가능성이 기대되고 있다. 텅스텐 산화물의 경우 다양한 형태의 나노입자가 합성되었으나, 나노입자 형상에 다른 특성의 개선이나 변화에 대한 연구가 미흡한 실정이다. 또한, 몰리브데늄 산화물의 경우 나노입자 합성에 대한 연구가 초기단계여서 합성된 나노입자의 종류가 나노막대, 나노벨트에 두 종류에 한정되어 있다. 따라서, 나노막대와 나노벨트의 편중에서 벗어난 다양한 형상의 몰리브데늄 산화물 나노입자 합성이 필요한 실정이었다. 본 연구에서는 두가지의 특징적인 형태의 나노형상을 가지는 텅스텐 산화물을 합성하고 그 특성을 비교 평가하였으며 다양한 나노형상을 가지는 몰리브데늄 산화물을 합성한 결과, 다음과 같은 결론을 도출하였다.
1) 자기조립된 $\textit{h}-WO_3$ 나노선묶음과 성게모양 나노입자가 수열합성법을 통해 합성되었다. SEM, TEM, XRD 분석을 통해 육방정 $WO_3$ 구조임을 확인하였으며, $Na^+$ 와 $NH_4^+$ 이온이 함입된 EDTA 용액과 $Na_2SO_4$ 의 첨가를 통해 각각 나노선번들과 성게모양 나노입자를 합성하였다. $Na^+$ 와 $NH_4^+$ 이온의 비율에 따라 나노선번들과 성게모양 나노입자로 형상이 변화되었으며, 이는 $Na^+$ 이온은 알칼리금속 이온으로서 핵생성과 성장 속도를 증대시켜주지만, $NH_4^+$ 이온은 그렇지 않기 때문으로 사료된다. 두 가지의 경우의 형성메커니즘을 각각 제안하였다. Raman, Photoluminescence, Cyclic voltammogram 을 통해 나노선묶음과 성게모양 나노입자의 특성을 분석하였으며, 텅스텐 산화물 나노선묶음이 성게모양 나노입자에 비해 실제 응용가능성이 높음을 실험적으로 확인하였다.
2) $MoO_3$ 나노벨트, $MoO_2$ 중공체, $MoO_3$ 나노판상, 자기조립된 $MoO_2$ 나노판상을 수열합성법을 통해 합성되었다. SEM과 XRD 분석을 통해 상을 확인하였다. 텅스텐 산화물 입자와 달리, EDTA와 $Na_2SO_4$ 의 첨가없이도 $MoO_3$ 나노벨트, $MoO_2$ 중공체와 같은 몰리브데늄 산화물 나노입자를 합성할 수 있었지만, 자기조립된 나노입자를 얻기 위해서는 텅스텐 산화물 입자와 마찬가지로 $NH_4^+$ 이온이 함입된 EDTA의 첨가가 필수적이었음을 확인하였다. 또한, 텅스텐 산화물에서 적용되었던 $Na^+$ 이온, EDTA, $Na_2SO_4$ 를 이용한 형상 제어방법이 몰리브데늄 산화물에 적용되지 않는 이유는 두 산화물의 상이한 형성메커니즘에 기인한 것으로 사료된다.
