本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種正交晶系層狀三氧化鎢的制備方法與應(yīng)用，屬于無機(jī)功能材料的制備領(lǐng)域。所述制備方法具體包括如下步驟：利用質(zhì)子化的陽離子交換樹脂去除鎢酸鹽溶液中多價(jià)金屬陽離子雜質(zhì)，獲得高純?nèi)苣z；往獲得的高純?nèi)苣z中加入形貌控制劑，隨后水熱合成反應(yīng)，冷卻、過濾并常壓干燥，獲得正交晶系層狀水合三氧化鎢；將得到的正交晶系層狀水合三氧化鎢煅燒，即制得正交晶系層狀三氧化鎢。本發(fā)明專利技術(shù)通過離子交換?水熱反應(yīng)，并利用PVP形貌控制劑及反應(yīng)條件控制，成功獲得了正交晶系層狀水合氧化鎢和正交晶系層狀氧化鎢。該方法工藝簡單，操作方便，成本低，適合在工業(yè)上推廣使用。
Preparation and application of an orthorhombic layered tungsten trioxide
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種正交晶系層狀三氧化鎢的制備方法與應(yīng)用
本專利技術(shù)屬于無機(jī)功能材料的制備領(lǐng)域，涉及一種正交晶系層狀三氧化鎢的制備方法，同時(shí)涉及一種正交晶系層狀三氧化鎢在氣體傳感和催化領(lǐng)域中的應(yīng)用。
技術(shù)介紹
三氧化鎢是一種多功能的金屬氧化物半導(dǎo)體材料，帶隙范圍為2.5至2.8eV。三氧化鎢的晶胞通常是由1個(gè)鎢原子和6個(gè)氧原子構(gòu)成的正八面體單元，這些晶胞單元共用頂點(diǎn)排列形成不同晶型的三氧化鎢結(jié)構(gòu)。根據(jù)氧化鎢八面體的晶胞傾斜角和旋轉(zhuǎn)方向不同，三氧化鎢呈現(xiàn)多種不同的晶格結(jié)構(gòu)，如單斜(γ-WO3)、三斜(δ-WO3)、正交(β-WO3)、六方(h-WO3)和四方(α-WO3)等，不同晶型的三氧化鎢材料在性能上有著較大的差別。三氧化鎢獨(dú)特的晶格結(jié)構(gòu)為其帶來了更優(yōu)秀的性能，與其他材料相比，三氧化鎢具有更好的電荷傳輸能力，具有很多獨(dú)特的物理化學(xué)性能，在氣敏傳感器、光催化劑、電致變色智能窗和光電化學(xué)設(shè)備等方面都有著良好的應(yīng)用前景。在室溫下，三氧化鎢的幾種晶格結(jié)構(gòu)中單斜(γ-WO3)是最為常見、穩(wěn)定，其能帶(Eg)約為2.62eV，而三斜(δ-WO3)、正交(β-WO3)、六方(h-WO3)和四方(α-WO3)等通常室溫下是很難觀察到，尤其是正交(β-WO3)。三氧化鎢材料性能除受晶型結(jié)構(gòu)影響外，如形貌、晶粒尺寸、晶界、摻雜劑等因素對三氧化鎢的電導(dǎo)率也有很大影響。在各種各樣的材料中，一類新型結(jié)構(gòu)材料即層狀化合物如石墨、金屬磷酸鹽金屬硫族化合物、水滑石、陰離子和陽離子粘土、層狀過渡金屬氧化物以及鈣欽礦型復(fù)合氧化物等引起人們的廣泛興趣。由于其結(jié)構(gòu)的特殊性，本身可以認(rèn)為是一種特殊的納米結(jié)構(gòu)，同時(shí)可作為制備無機(jī)-無機(jī)、無機(jī)-有機(jī)納米復(fù)合材料的母體材料。因此，層狀化合物為構(gòu)造新的納米結(jié)構(gòu)提供了一條新的思路；同時(shí)，層狀化合物及其改性材料已在離子交換、吸附、傳導(dǎo)、分離和催化等諸多領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用。WO3是一種重要的多功能半導(dǎo)體材料，人們對WO3的應(yīng)用研究從未停息。目前，多種形貌、結(jié)構(gòu)WO3納米材料(如零維WO3納米球或空心球、一維WO3納米棒或納米線、二維WO3納米片、多維花狀或樹狀WO3等)的合成及性能研究已見報(bào)道，但正交晶系層狀三氧化鎢的合成在國內(nèi)外文獻(xiàn)中還未見報(bào)道。專利技術(shù)專利CN110054224A公開了一種層狀三氧化鎢光電極材料及其制備方法，通過采用溶劑熱法在導(dǎo)電玻璃FTO上生長三氧化鎢薄膜，再將基片進(jìn)行退火處理制得層狀三氧化鎢光電極。雖然所得三氧化鎢表現(xiàn)為多層形貌，但其結(jié)構(gòu)屬單斜晶系(本專利技術(shù)屬正交晶系結(jié)構(gòu))。再就是專利技術(shù)專利CN110054224A工藝復(fù)雜、成本高，產(chǎn)物純度低，極大影響了最終產(chǎn)品的性質(zhì)，該制備工藝不適合在工業(yè)上推廣使用。因此，如何提供一種工藝簡單、操作方便，適于工業(yè)推廣的正交晶系層狀三氧化鎢的制備方法是本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的技術(shù)難題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的是提供一種正交晶系層狀三氧化鎢的制備方法，通過該方法能夠成功獲得正交晶系層狀水合三氧化鎢和正交晶系層狀三氧化鎢，且工藝簡單、操作方便，適合在工業(yè)上推廣使用。為了達(dá)到以上技術(shù)效果，本專利技術(shù)采用如下技術(shù)方案：本專利技術(shù)提供的一種正交晶系層狀三氧化鎢的制備方法，包括如下步驟：(1)利用質(zhì)子化的陽離子交換樹脂去除鎢酸鹽溶液中多價(jià)金屬陽離子雜質(zhì)，獲得高純?nèi)苣z；具體為，將配制好的鎢酸鹽稀溶液通過填充了732#陽離子交換樹脂的交換柱，其中732#陽離子交換樹脂已被質(zhì)子化，并控制交換時(shí)間不少于30min，且離子交換充分后最終獲得亮黃色溶膠。(2)往步驟(1)獲得的高純?nèi)苣z中加入形貌控制劑，隨后水熱合成反應(yīng)，冷卻、過濾并常壓干燥，獲得正交晶系層狀水合三氧化鎢；(3)將步驟(2)得到的正交晶系層狀水合三氧化鎢煅燒，即制得正交晶系層狀三氧化鎢。需要說明的是，在室溫下，三氧化鎢的幾種晶格結(jié)構(gòu)中單斜(γ-WO3)是最為常見、穩(wěn)定，其能帶(Eg)約為2.62eV，而三斜(δ-WO3)、正交(β-WO3)、六方(h-WO3)和四方(α-WO3)等通常室溫下是很難觀察到，尤其是正交(β-WO3)。優(yōu)選的，所述步驟(1)中的離子交換時(shí)間≥30min。優(yōu)選的，所述形貌控制劑與所述鎢酸鹽溶液的質(zhì)量比為1：(2～5)。優(yōu)選的，所述鎢酸鹽溶液至少為Na2WO4·2H2O、K2WO4·2H2O中的一種，且所述鎢酸鹽溶液的濃度為0.1～0.3mol/L。優(yōu)選的，所述形貌控制劑為聚乙烯吡咯烷酮K30。優(yōu)選的，所述步驟(2)中，水熱合成反應(yīng)溫度為130℃～180℃，反應(yīng)時(shí)間為12～24h。優(yōu)選的，所述步驟(3)中的煅燒工藝：300℃前升溫速率6℃/min，300℃～570℃間升溫速率10℃/min，后于570℃恒溫保持2h。此外，本專利技術(shù)還公開保護(hù)上述正交晶系層狀三氧化鎢在氣體傳感器與催化領(lǐng)域中的應(yīng)用。具體為，本專利技術(shù)公開制備的正交晶系層狀三氧化鎢為層狀晶粒，晶粒層數(shù)較多，每層均由結(jié)晶有序度高的三氧化鎢晶片構(gòu)成，且晶片厚度約20～30nm。其對甲苯具有很好的氣敏性，當(dāng)甲苯濃度100ppm時(shí)，靈敏度或響應(yīng)度大于40，最低檢測濃度可低至5ppm及以下，且該材料對甲苯還表現(xiàn)出了較好的選擇性。此外，在1000W的氙燈下能光催化降解羅丹明B，其降解率可達(dá)到90％以上。經(jīng)由上述的技術(shù)方案可知，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專利技術(shù)公開提供的一種正交晶系層狀三氧化鎢的制備方法與應(yīng)用，具有如下優(yōu)異效果：首先，本專利技術(shù)通過離子交換-水熱反應(yīng)，并利用PVP形貌控制劑及反應(yīng)條件控制，成功獲得了正交晶系層狀水合氧化鎢和正交晶系層狀氧化鎢。該方法工藝簡單，操作方便，成本低，適合在工業(yè)上推廣使用。此外，三氧化鎢材料性能除受晶型結(jié)構(gòu)影響外，如形貌、晶粒尺寸、晶界、摻雜劑等因素對三氧化鎢的電導(dǎo)率也有很大影響。在各種各樣的材料中，層狀材料結(jié)構(gòu)特殊、性質(zhì)特殊，如石墨、金屬磷酸鹽金屬硫族化合物、水滑石、陰離子和陽離子粘土、層狀過渡金屬氧化物以及鈣欽礦型復(fù)合氧化物等都有廣泛的應(yīng)用。層狀氧化鎢可作為制備無機(jī)一無機(jī)、無機(jī)一有機(jī)納米復(fù)合材料的母體材料。因此，本專利技術(shù)提供的合成正交晶系層狀三氧化鎢的全新方法將對氧化鎢及其復(fù)合材料的生產(chǎn)和應(yīng)用具有重要的現(xiàn)實(shí)意義，將推動(dòng)氧化鎢及其復(fù)合物相關(guān)產(chǎn)業(yè)的深入發(fā)展。附圖說明為了更清楚地說明本專利技術(shù)實(shí)施例，下面將對實(shí)施例中所需要使用的附圖做簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本專利技術(shù)的實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可根據(jù)提供的附圖獲得其他的附圖。圖1是本專利技術(shù)實(shí)施例1、實(shí)施例2、實(shí)施例3制備產(chǎn)品的XRD圖譜，其中a為煅燒前即WO3·H2O的XRD圖譜，b為煅燒后即WO3的XRD圖譜。圖2是本專利技術(shù)實(shí)施例1制備產(chǎn)品的SEM圖，其中a為煅燒前即WO3·H2O的SEM圖，b為煅燒后即WO3的SEM圖。圖3是本專利技術(shù)實(shí)施例2制備產(chǎn)品的SEM圖，其中a為煅燒前即WO3·H2O的SEM圖，b為煅燒后即WO3的SEM圖。圖4是本專利技術(shù)實(shí)施例1制備產(chǎn)本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種正交晶系層狀三氧化鎢的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：/n(1)利用質(zhì)子化的陽離子交換樹脂去除鎢酸鹽溶液中金屬陽離子雜質(zhì)，獲得高純?nèi)苣z；/n(2)往步驟(1)獲得的高純?nèi)苣z中加入形貌控制劑，隨后水熱合成反應(yīng)，冷卻、過濾并常壓干燥，獲得正交晶系層狀水合三氧化鎢；/n(3)將步驟(2)得到的正交晶系層狀水合三氧化鎢煅燒，即制得正交晶系層狀三氧化鎢。/n
【技術(shù)特征摘要】
1.一種正交晶系層狀三氧化鎢的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：
(1)利用質(zhì)子化的陽離子交換樹脂去除鎢酸鹽溶液中金屬陽離子雜質(zhì)，獲得高純?nèi)苣z；
(2)往步驟(1)獲得的高純?nèi)苣z中加入形貌控制劑，隨后水熱合成反應(yīng)，冷卻、過濾并常壓干燥，獲得正交晶系層狀水合三氧化鎢；
(3)將步驟(2)得到的正交晶系層狀水合三氧化鎢煅燒，即制得正交晶系層狀三氧化鎢。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種正交晶系層狀三氧化鎢的制備方法，其特征在于，所述步驟(1)中的離子交換時(shí)間≥30min。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種正交晶系層狀三氧化鎢的制備方法，其特征在于，所述形貌控制劑與所述鎢酸鹽溶液的質(zhì)量比為1：(2～5)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種正交晶系層狀三氧化鎢的制備方法，其特征在于，所述鎢酸鹽溶液至少為Na2WO4·2H2O、K2WO4·2H2O中的一種，且所述鎢酸...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：王炳山，李小紅，余金保，
申請(專利權(quán))人：景德鎮(zhèn)學(xué)院，
類型：發(fā)明
國別省市：江西;36
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