一種氧化鎢可逆光致變色材料及其制備方法和應用技術

本發明專利技術屬于鎢的氧化物領域，具體涉及一種氧化鎢可逆光致變色材料及其制備方法和應用。該氧化鎢可逆光致變色材料，是由氧化鎢納米棒堆積成齒輪形結構；所述氧化鎢屬于六方晶系，晶胞參數為a＝7.298，b＝7.298，c＝3.899，所屬空間群為P6/mmm。本發明專利技術提供的氧化鎢可逆光致變色材料，是一種齒輪形貌、六方晶系的氧化鎢材料。實驗表明，該材料在紫外、可見光、太陽光照射下均可發生光致變色，經過太陽光照30min左右，顏色由黃色迅速轉變為藍色，經過簡單加熱處理又逐漸變成原來的黃色，具有吸收光譜寬、光響應快、著色效率高的特點；另外，這種可逆光致變色特性還被證明具有良好的抗疲勞性和穩定性。

A reversible photochromic material of tungsten oxide and its preparation and Application

【技術實現步驟摘要】
一種氧化鎢可逆光致變色材料及其制備方法和應用
本專利技術屬于氧化鎢領域，具體涉及一種氧化鎢可逆光致變色材料及其制備方法和應用。
技術介紹
受光源激發后，能夠發生可逆顏色變化的材料稱為光致變色材料。光致變色材料已被廣泛研究，可分為兩大類：有機材料(螺吡喃類、偶氮苯、俘精酸醉類和二芳基乙烯類)和無機材料(如過渡金屬氧化物、金屬鹵化物和稀土配合物)。與有機變色材料相比，無機過渡金屬氧化物由于成本低且變色過程不會改變晶體結構，且具有較高的可逆性、穩定性、著色效率和耐疲勞性能，被廣泛應用在太陽能電池、化學傳感器、智能窗、光存儲介質、光信號處理、電子顯示屏、光學調制器等領域。迄今為止，無機光致變色材料的吸收光譜窄，大多數為紫外驅動，變色效率低，光響應速率慢，這也限制了無機光致變色材料的使用范圍。國際上關于無機光致變色材料性能改進的研究，主要集中在與無機半導體材料復合、摻雜貴金屬，以及加入結構調節劑控制形貌結構，這種改進方式提高了設計的復雜性，并不適用于大規模推廣用。目前設計具有高效光致變色性質的單一組分無機光致變色材料仍是當前研究面臨的挑戰之一。
技術實現思路
本專利技術的目的在于提供一種氧化鎢可逆光致變色材料，以解決現有光致變色材料的吸收光譜窄、光響應慢的問題。本專利技術的第二個目的在于提供上述氧化鎢可逆光致變色材料的制備方法。本專利技術的第三個目的在于提供上述氧化鎢可逆光致變色材料在降解污染物方面的應用。為實現上述目的，本專利技術的氧化鎢可逆光致變色材料所采用的技術方案是：一種氧化鎢可逆光致變色材料，是由氧化鎢納米棒堆積成齒輪形結構；所述氧化鎢屬于六方晶系，晶胞參數為a＝7.298，b＝7.298，c＝3.899，所屬空間群為P6/mmm。本專利技術提供的氧化鎢可逆光致變色材料，是一種齒輪形貌、六方晶系的氧化鎢材料。實驗表明，該材料在紫外、可見光、太陽光照射下均可發生光致變色，經過太陽光照30min左右，顏色由黃色迅速轉變為藍色，經過簡單加熱處理又逐漸變成原來的黃色，具有吸收光譜寬、光響應快、著色效率高的特點；另外，這種可逆光致變色特性還被證明具有良好的抗疲勞性和穩定性。總之，該氧化鎢可逆光致變色材料在提供單一組分結構的同時還表現出優異的光致變色性能。該氧化鎢可逆光致變色材料具有兩種形態，一種稱之為基礎態，其外觀顏色為黃色；經紫外光、可見光或太陽光照射30min左右，變化為藍色，稱之為變色態。基礎態下，氧化鎢中的鎢為+6價；光致變色后，鎢表現為+6、+5價的混合價態，光致變色的機理主要是W6+→W5+電荷轉移引起的。在加熱下，可快速恢復為初始的黃色。為進一步優化其光致變色特性，優選的，氧化鎢的直徑為4.5-5μm，厚度為1.5-1.8μm。本專利技術的氧化鎢可逆光致變色材料的制備方法所采用的技術方案是：一種氧化鎢可逆光致變色材料的制備方法，包括以下步驟：將鎢酸鈉溶液在pH為酸性、溫度為150-260℃條件下進行水熱反應，水熱反應后分離出固體，干燥，即得粉末狀氧化鎢可逆光致變色材料。本專利技術提供的氧化鎢可逆光致變色材料的制備方法，以鎢酸鈉溶液為鎢源，在酸性條件下以水熱法合成具有齒輪形貌的氧化鎢。該方法所用原料價格低廉，不需要結構調節劑，制備方法工藝簡單，可重復性好，產品性質穩定，適于規模化生產及應用。為進一步得到較高比表面積，可重復性優異的氧化鎢光致變色材料，優選的，所述pH為酸性為pH＝2-3。水熱反應時能夠使相應原料充分反應即可，從反應效率和反應效果方面綜合考慮，優選的，所述水熱反應的時間為10-15h。為更好的控制形成齒輪形形貌，優選的，鎢酸鈉溶液的濃度為0.03-0.05mol/L。干燥過程可保證形成性質穩定的三氧化鎢，優選的，所述干燥的溫度為60-100℃，時間為6-8h。水熱反應中部分樣品可能氧化不完全，在樣品處理階段時，可能會接觸光源，其鎢的價態通常不是保持在變色的最佳價態，變色性能也會有所降低。氧氣氛圍和加熱溫度對氧化鎢的價態和變色后性能恢復速度有一定影響，一般來說在暗處氧氣或空氣氛圍下，加熱溫度的提高一定程度上有利于促進氧化過程使其保持相對較高的價態，且有利于已變色材料恢復。光致變色過程不僅伴隨著顏色和帶隙的變化，同時還伴隨著氧化還原過程，本專利技術的氧化鎢可逆光致變色材料經證明對鹽酸四環素、羅丹明B等環境污染物具有良好的光催化降解性能。附圖說明圖1為本專利技術實施例2制備的氧化鎢可逆光致變色材料的SEM圖；圖2為作為對比的氧化鎢可逆光致變色材料的SEM圖；圖3為本專利技術實施例2制備的氧化鎢可逆光致變色材料的TEM圖；圖4為本專利技術實施例2制備的氧化鎢可逆光致變色材料光照前后的XRD圖；圖5為本專利技術實施例2制備的氧化鎢可逆光致變色材料在太陽光照射下不同時間的光致變色圖；圖6為本專利技術實施例2制備的氧化鎢可逆光致變色材料在不同波長的光照射下的光致變色圖；圖7為本專利技術實施例2制備的氧化鎢可逆光致變色材料在光照前后的吸收光譜圖；圖8為本專利技術實施例2制備的氧化鎢可逆光致變色材料依次經光照和加熱后的耐疲勞性測試圖；圖9為本專利技術實施例2制備的氧化鎢可逆光致變色材料在光照前后對鹽酸四環素的降解圖；圖10為本專利技術實施例2制備的氧化鎢可逆光致變色材料在光照前后對鹽酸四環素降解的循環性能圖；圖11為本專利技術實施例2制備的氧化鎢可逆光致變色材料對羅丹明B的降解圖。具體實施方式下面結合附圖和具體實施例對本專利技術的實施方式作進一步說明。一、本專利技術的氧化鎢可逆光致變色材料的具體實施例實施例1本實施例的氧化鎢可逆光致變色材料，是由氧化鎢納米棒堆積成齒輪形結構，所述三氧化鎢屬于六方晶系，晶胞參數為a＝7.298，b＝7.298，c＝3.899，所屬空間群為P6/mmm。齒輪形結構的直徑為4.8μm，厚度為1.6μm。該氧化鎢可逆光致變色材料有兩種形態，基礎態為黃色，對應氧化鎢中鎢的價態為+6價；變色態為藍色，對應氧化鎢中鎢的價態為+6、+5價的混合態。二、本專利技術的氧化鎢可逆光致變色材料的制備方法的具體實施例實施例2本實施例的氧化鎢可逆光致變色材料的制備方法，對實施例1的材料的制備進行說明，具體采用以下步驟：以鎢酸鈉為鎢源，配制0.035mol/L的鎢酸鈉溶液80mL，并在500r/min的磁力攪拌下逐滴加入質量百分比為37-38％濃鹽酸調節pH值至2.0，然后將反應體系繼續攪拌0.5h后放入水熱釜在160℃水熱反應12h，之后收集沉淀產物，先用去離子水清洗三遍，再用無水乙醇清洗三次，最后置于烘箱中，100℃空氣干燥6h即得具有可逆光致變色性質齒輪狀三氧化鎢黃色粉末。該黃色粉末經過太陽光照0.5h后得到藍色粉末。實施例3本實施例的氧化鎢可逆光致變色材料的制備方法，采用以下步驟：以鎢酸鈉為鎢源，配制0.042mol/L的鎢酸鈉溶液80mL，并在磁力攪拌以50本文檔來自技高網...

【技術保護點】
1.一種氧化鎢可逆光致變色材料，其特征在于，是由氧化鎢納米棒堆積成齒輪形結構；所述氧化鎢屬于六方晶系，晶胞參數為a＝7.298，b＝7.298，c＝3.899，所屬空間群為P6/mmm。/n

【技術特征摘要】
1.一種氧化鎢可逆光致變色材料，其特征在于，是由氧化鎢納米棒堆積成齒輪形結構；所述氧化鎢屬于六方晶系，晶胞參數為a＝7.298，b＝7.298，c＝3.899，所屬空間群為P6/mmm。


2.如權利要求1所述的氧化鎢可逆光致變色材料，其特征在于，氧化鎢的直徑為4.5-5μm，厚度為1.5-1.8μm。


3.一種如權利要求1或2所述的氧化鎢可逆光致變色材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：將鎢酸鈉溶液在pH為酸性、溫度為150-260℃條件下進行水熱反應，水熱反應后分離出固體，干燥，即得粉末狀氧化鎢可逆光致變色材料。


4.如權利要求...

【專利技術屬性】
技術研發人員：倪天軍，李錢生，常開文，閆云輝，崔旭慧，楊質斌，楊金昌，郭偉，劉國光，汪應靈，楊志軍，李芳蘄，
申請(專利權)人：新鄉醫學院，
類型：發明
國別省市：河南;41