一種氧化鎢量子點材料及其制備方法技術

本發明專利技術提供了一種氧化鎢量子點材料及其制備方法。所述氧化鎢量子點材料包括粒徑為幾納米至十幾納米的氧化鎢納米粒子，所述氧化鎢納米粒子的粒徑均一，表面存在有機物包覆層，在非極性有機溶劑中高度分散，具有量子尺寸效應。優選的，所述氧化鎢量子點粒徑可小于2納米；所述氧化鎢量子點材料可采用液相法制備，包括：以易得的商品無機鎢化合物為原料，經有機鎢前驅體，共兩步制備氧化鎢量子點材料。本發明專利技術工藝流程簡單、原料易得、重現性好、可控性高，所得氧化鎢納米粒子粒徑均一，尺寸可調，高度分散，且具備明顯的量子尺寸效應，具有廣泛應用前景。

【技術實現步驟摘要】
一種氧化鎢量子點材料及其制備方法
本專利技術涉及一種氧化鎢納米材料及其制備方法，特別涉及一種高度分散、形貌均一、尺寸可調的氧化鎢量子點材料及其液相制備方法，屬于新材料

技術介紹
能源短缺與環境惡化已成為世界各國所面臨的首要問題，新興功能材料的開發將成為解決上述難題的有效途徑。氧化鎢材料因其獨特的理化和電子特性，在變色窗、光催化、燃料電池、化學傳感器、環境凈化、太陽能轉換等功能性領域有著良好的應用前景，并已成為當前新材料研究的熱點之一。非晶相氧化鎢具有很好的光、電致變色性能已為人們所熟知；而作為一種非常重要的金屬氧化物氣敏材料，氧化鎢同樣有卓越的靈敏度和選擇性，對NO的靈敏度為其他材料的十倍以上，而對NO2的靈敏度更是大二十倍以上。此外，負載型氧化鎢近年來被發現具有很高的可見光光催化活性，能夠在可見光條件下礦化和降解水和空氣中的各種有機污染物，其優勢在于氧化鎢較小的能隙（2.4-2.8eV），能利用波長500nm以內的可見光；空穴電位很正（＋3.1eV)，具有很強的氧化能力以及較強的抗光腐蝕能力。近期，氧化鎢作為一種新型的人工光合成材料也浮出水面，人工光合成過程即借助太陽能，利用水和二氧化碳來制造燃料和化學原料，為能源環境問題提供了極為理想的解決方案。2012年，日本物質材料研究所YeJinhua課題組首次合成了氧空位缺陷豐富的氧化鎢超細納米線，該材料表現出良好的二氧化碳直接光還原成甲烷的能力，而且還原過程僅由可見光驅動。可以說，傳統的氧化鎢材料在諸多領域中也已表現出巨大的應用潛力，而結合新興的納米技術，對材料形貌結構進行設計將得到更為優異的性能。量子點(QDs，quantumdots)，即半徑小于或接近于激子玻爾半徑的半導體納米晶體，是一種僅由少量的原子構成的準零維的納米材料。量子點因其特殊的結構而展現出對材料尺寸依賴的物理性質，已被廣泛應用于生物標簽、發光二極管、激光器以及太陽能電池等不同的科技領域。對于半導體量子點材料，除了高比表面、高吸附性能等優點外，其具備小尺寸效應及量子尺寸效應還體現在特殊的光響應性質上。半導體量子點的尺寸效應使其能級分立，帶隙變寬，因而所產生的光生載流子移動性差，復合困難，且具備更強的氧化/還原性；另外，量子點粒子的粒徑小于空間電荷層厚度，后者的影響可基本忽略，光生載流子可通過簡單的擴散就能從粒子內部遷移至表面，進而與其它物種發生作用。可見量子點的超微粒徑帶來了電荷/能量轉移模式的改變，將顯著改善體系的電荷傳輸特性，進而提升材料性能。然而，有關氧化鎢量子點制備技術的報道相當罕見，僅有的文獻報道則采用模板法，如參考資料：【1】Alivisatos,A.P.Semiconductorclusters,nanocrystals,andquantumdots.Science271,933(1996).【2】Ozin,G.A.;?zkar,S.Intrazeolitemetalcarbonylphototopotaxy:Fromtungsten(Ⅵ)oxidequantumdotstoazero-dimensionalsemiconductorquantumsuperlattice.J.Phys.Chem.94,7556-7561(1990).【3】Zhao,Z.G.；Miyauchi,M.Nanoporous-walledtungstenoxidenanotubesashighly-activevisible-light-drivenphotocatalysts.Angew.Chem.Int.Ed.47,7051(2008).但此類方法中模板的去除較為困難，為后續應用帶來不便。因此，開發有一種有效的液相方法制備尺寸單一、分布均勻、粒徑可調的氧化鎢量子點溶液是需要解決的問題，同時具有重大的現實意義。
技術實現思路
本專利技術的目的在于提供一種氧化鎢量子點材料及其制備方法，以解決現有技術中存在的問題。為實現前述專利技術目的，本專利技術采用了如下技術方案：一種氧化鎢量子點材料，其特征在于包括粒徑在1納米以上、而小于20納米，且具有量子尺寸效應的氧化鎢納米粒子，并且所述氧化鎢納米粒子粒徑均一、在非極性有機溶劑中單分散。優選的，所述氧化鎢量子點材料包括粒徑小于2納米的氧化鎢納米粒子。進一步的，所述氧化鎢納米粒子的表面還具有有機物包覆層，所述有機物可選自但不限于胺、脂肪酸、硫醇、氧化膦、醇胺、酰胺等。一種氧化鎢量子點材料的制備方法，包括：（1）將作為鎢源的無機鎢化合物與作為配體的有機化合物按照1:10～1:100的摩爾比混合，并加熱至30～180℃反應時間0.5h以上，優選為0.5～24h，而后冷卻至室溫，并向反應混合物中加入堿性水溶液，并以第一有機溶劑萃取，收集有機層，經30～70℃減壓蒸餾后，獲得呈紅棕色固體狀的有機鎢前驅體；（2）將有機鎢前驅體預加熱至80～320oC，再與第二有機溶劑混合反應1min以上，優選為1～120min，其中有機鎢前驅體與第二有機溶劑的摩爾比為1:10～1:200，反應結束后，將反應混合物冷卻至室溫，并分離出其中的固形物，獲得所述氧化鎢量子點材料。進一步的，所述鎢源可選自但不限于氧化鎢、硫化鎢、六氯化鎢、四氯氧鎢、六羰基鎢或鎢酸，其均可通過市售途徑獲取。進一步的，所述有機化合物可選自但不限于醇、醛、酮、酚、醚或酯，例如，可選自但不限于乙醇、異丙醇、丙酮、乙酸乙酯、苯甲醛、苯甲醚、苯酚、氯苯酚或硝基苯酚。進一步的，所述堿性水溶液可選自但不限于碳酸鈉、氫氧化鈉或氫氧化鉀的水溶液或氨水。優選的，其中堿性物質的含量可以為5wt%-10wt%。進一步的，所述第一有機溶劑可選用常用于作為萃取劑的有機溶劑，例如，可選用但不限于如石油醚、乙酸乙酯、乙醚、氯仿、甲苯等。進一步的，所述第二有機溶劑可選自但不限于脂肪胺、脂肪酸、硫醇、氧化膦、醇胺、酰胺和芳香胺中的任意一種或兩種以上的組合，例如，可選自但不限于三乙胺、正丁胺、己二胺、辛胺、十六胺、硬脂酸、二硬脂胺、十二硫醇、三辛基氧化膦、三乙醇胺、丙烯酰胺、苯胺中的任意一種或兩種以上的組合。進一步的，在前述步驟（2）中，在有機鎢前驅體與第二有機溶劑反應結束后，可向冷卻后的反應混合物中加入乙醇等，而后離心分離出其中固形物，經洗滌后，獲得所述氧化鎢量子點材料。進一步的，前述制備方法可以在普通空氣氣氛下進行，也可在由N2、Ar等形成的保護性氣氛中進行。與現有技術相比，本專利技術的有益效果包括：以易得的商品無機鎢化合物為原料，經有機鎢前驅體，共兩步制備氧化鎢納米粒子。本專利技術所用原料成本低廉、流程簡單、易于操作；所得氧化鎢納米粒子粒徑均一，尺寸可調，高度分散，且具備明顯的量子尺寸效應。附圖說明圖1為本專利技術一較佳實施方式的工藝流程圖；圖2為實施例一有機鎢前驅體的X射線衍射（XRD）譜圖；圖3為實施例二有機鎢前驅體的熱重分析（TG）譜圖；圖4為實施例四所得氧化鎢納米粒子的透射電子顯微鏡（TEM）照片；圖5為實施例六所得氧化鎢納米粒子的原子力顯微鏡（AFM）照片；圖6為實施例四所得氧化鎢納米粒子（QD）與商品氧化鎢（WO3）紫外-可見吸收光譜（UV-vis）的比較，吸收帶位置藍移體現量子尺寸效應。具體實施方式下面結合具體實施例對本專利技術進行詳細說明。以本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種氧化鎢量子點材料，其特征在于包括粒徑在1納米以上、而小于20納米，且具有量子尺寸效應的氧化鎢納米粒子，并且所述氧化鎢納米粒子粒徑均一、在非極性有機溶劑中單分散。

【技術特征摘要】
1.一種氧化鎢量子點材料，其特征在于包括粒徑在1納米以上、而小于20納米，且具有量子尺寸效應的氧化鎢納米粒子，所述氧化鎢納米粒子粒徑均一，并且所述氧化鎢納米粒子的表面還具有有機物包覆層，所述有機物包括胺、脂肪酸、硫醇、氧化膦、醇胺或酰胺，從而使得所述氧化鎢納米粒子在非極性有機溶劑中單分散。2.根據權利要求1所述的氧化鎢量子點材料，其特征在于包括粒徑小于2納米的氧化鎢納米粒子。3.權利要求1-2中任一項所述氧化鎢量子點材料的制備方法，其特征在于包括：(1)將作為鎢源的無機鎢化合物與作為配體的有機化合物按照1:10～1:100的摩爾比混合，并加熱至30～180℃反應時間0.5h以上，而后冷卻至室溫，并向反應混合物中加入堿性水溶液，并以第一有機溶劑萃取，收集有機層，經30～70℃減壓蒸餾后，獲得呈紅棕色固體狀的有機鎢前驅體；(2)將有機鎢前驅體預加熱至80～320℃，再與第二有機溶劑混合反應1min以上，其中有機鎢前驅體與第二有機溶劑的摩爾比為1:10～1:200，反應結束后，將反應混合物冷卻至室溫，并分離出其中的固形物，獲得所述氧化鎢量子點材料。4.根據權利...

【專利技術屬性】
技術研發人員：趙志剛，叢杉，
申請(專利權)人：中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所，
類型：發明
國別省市：江蘇;32