[發明專利]一種制備納米片組裝的WO3·H2O空心球的方法

有效

• 申請號: 201410028565.0
• 申請日: 2014-01-21
• 公開（公告）號: CN103787418A
• 公開（公告）日: 2014-05-14
• 發明（設計）人: 李琦;尚建庫;劉揚
• 申請（專利權）人: 中國科學院金屬研究所
• 主分類號: C01G41/02
• 分類號: C01G41/02;B82Y40/00
• 代理公司: 沈陽優普達知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 21234
• 代理人: 張志偉

技術領域

本發明屬于功能納米材料領域，具體為一種制備納米片組裝的WO₃·H₂O空心球的方法。

背景技術

WO_x(x≤3)是一類被廣泛研究的功能材料，因其獨特的物理化學性質，在電致變色器件、染料敏化太陽能電池、光催化、光記錄器件、傳感、場發射、高溫超導等領域有著廣泛的應用。材料的使用性能與其結構和形貌有很大的關系，WO₃·H₂O是通過液相合成WO_x的一種中間體材料，本身也是重要的半導體材料，其形貌和結構是決定WO_x形貌和結構的重要因素，也就間接地決定了WO_x的性能。因此，制備具有特殊結構的WO₃·H₂O具有很重要的意義。空心球因其獨特的結構（如：低密度，高表面/體積比，空腔、良好的通透性）和在光電傳輸方面獨特的性質（如：高的光捕獲能力，特殊的電子傳輸路徑）而備受關注。而納米片因為其二維結構也備受材料研究者的關注。因此，納米片組裝的WO₃·H₂O空心球在很多領域可能會表現出獨特的性能。

液相制備空心球的方法一般分為模板法和無模板法。以往通過鎢酸鉛、鎢酸鍶、鎢酸鈣等難溶鹽的實心球作為模板制備WO₃·H₂O空心球，但這種方法的缺點在于模板難以完全去除干凈，最后得到的空心球中往往有難溶鹽的雜質。近年來，一種無模板制備空心球的方法得到了發展。這種方法基于水熱或溶劑熱條件下的奧斯特瓦爾德熟化機制。其基本思想是在一定的溶液環境中，金屬離子的前驅體水解形成球形的團聚體，然后經歷奧斯特瓦爾德熟化過程由實心球轉變為空心球。整個過程沒有模板的存在，也就最大程度地減少了雜質離子，可以獲得高純度的目標產物的空心球。這種機制已經成功應用在多種無機功能材料的空心球的制備中，但對于每一種材料來說，具體的制備條件又各不相同。對于WO₃·H₂O來說，要想應用這種機制制備出空心球，溶劑的選擇，絡合劑與鎢酸鹽以及熟化劑的用量配比等等具體條件非常重要。這些條件不但影響能不能得到空心球結構，還影響所得空心球的分散性、尺寸均一性、空心程度等。

為了制備出高純度的、分散性、尺寸均一性、空心程度等都良好的WO₃·H₂O空心球，發明一種基于熟化機制的制備方法非常重要。

發明內容

本發明的目的在于提供一種制備納米片組裝的WO₃·H₂O空心球的方法，避免模板法制備中殘留雜質的問題。

本發明采用如下的技術方案：

一種制備納米片組裝的WO₃·H₂O空心球的方法，包括如下的步驟和工藝條件：

（1）在磁力攪拌下，將草酸和鎢酸鹽溶于水中，草酸與鎢酸鹽摩爾濃度比為（1.5-2.5）:1；

（2）向步驟（1）的水溶液中加入丙醇，所加入的丙醇與水溶液的體積比范圍為（1-1.3）:1，形成丙醇/水混合溶劑的溶液；

（3）向步驟（2）的溶液中加入強酸，鎢酸鹽與強酸摩爾濃度比范圍為1:（20-50）；

（4）將步驟（3）的溶液導入反應釜中在溫度50-100℃下恒溫反應時間至少6h，得到沉淀物；

（5）將步驟（4）的沉淀物分別用乙醇和水洗滌干凈，干燥后得到WO₃·H₂O粉末。

所述的步驟（1）中，鎢酸鹽為鎢酸鈉或鎢酸鉀。

所述的步驟（1）中，草酸與鎢酸鹽摩爾濃度比優選為2:1。

所述的步驟（2）中，所加入的丙醇與水溶液的體積比優選為1.2:1。

所述的步驟（3）中，強酸為鹽酸、硝酸或硫酸。

所述的步驟（3）中，當強酸為鹽酸或硝酸時，鎢酸鹽與強酸摩爾濃度比范圍為1:（40-50）。

所述的步驟（3）中，當強酸為硫酸時，鎢酸鹽與硫酸摩爾濃度比范圍為1:（20-25）。

所述的步驟（4）中，恒溫反應時間優選為6-24h。

采用本發明制備納米片組裝的WO₃·H₂O空心球的方法，所得WO₃·H₂O為納米片組裝的空心球，分散性良好，尺寸均一，空心程度良好，空心球殼厚度均勻。