[發明專利]一種三氧化鎢一維結構納米線與多級納米結構的制備方法

無效

• 申請號: 201410083261.4
• 申請日: 2014-03-07
• 公開（公告）號: CN103864148A
• 公開（公告）日: 2014-06-18
• 發明（設計）人: 秦玉香;劉長雨;劉梅;柳楊;謝威威
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: C01G41/00
• 分類號: C01G41/00;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 張宏祥

技術領域

本發明是關于納米材料的，特別涉及一種制備WO₃多級納米結構的方法。

背景技術

隨著現代社會的發展，納米材料也越來越受到人民的重視，已經從一個陌生的名詞逐漸走進了人們的日常生活。我們可以接觸到的納米材料的應用包括納米磁頭、納米陶瓷、納米催化劑、納米機器人、納米布匹等等，納米幾乎已經在我們生活的各個領域越來越普遍。由于近些年來我國工業的飛速發展，工業廢氣的排放使得安全問題日益突出，PM2.5對人們身體健康的威脅也越來越受到重視，因此對可靠性氣體檢測要求越來越高，與此同時傳感器的研發已不可阻擋，納米傳感器也在飛快的發展以適應人們的需求。納米傳感器的核心是納米材料，因此要獲得高性能的納米傳感器，首先就要制備出可以提供這些高性能可能性的納米材料。

WO₃是一種金屬氧化物半導體，早有報道提到它對NO和NO₂的氣體檢測有很好的選擇性與靈敏度。其敏感機理均屬于表面電阻控制型，對二氧化氮氣體的檢測是基于空氣中的氧氣和被檢測二氧化氮氣體在半導體金屬氧化物表面吸附和反應對半導體材料的電阻調制過程。目前研究的WO₃氣體傳感器的敏感材料已經從原來的三維縮減到一維——納米線材料，相對于三維塊體與二維薄膜，一維結構的納米線在很大程度上提高了材料的比表面積，傳感器的性能也得到了很大的提升，但這類氣體傳感器仍普遍存在工作溫度較高、反應時間較長、氣體選擇性差等氣敏特性問題，對氣體傳感技術的微型化、集成化、低功耗發展增加了許多復雜性和不穩定性。但是基于無線傳感網絡日趨成熟的今天，對于器件的低功耗與集成化的要求越來越強烈，需要更為新型的納米材料。

WO₃納米多級結構是指納米線、納米棒、納米片等通過兩者或兩者以上的組分經過組合而形成的納米結構，目前也有學者通過熱蒸發、靜電紡絲等工藝制備出相應的材料，但是這些制備方法會涉及到高溫、高真空、高技術難度等問題，與低功耗的發展相悖，因此研發一種反應溫度低，操作簡單，成本低廉的方法制備WO₃納米多級結構的方法顯得尤為迫切，而水熱法制備WO₃納米多級結構可以控制反應溫度在200℃以下，且不需要復雜的反應儀器，又可以通過改變水熱反應中的反應物濃度、pH值、水熱時間、水熱溫度等條件來調節產物的形貌。通過多方面的調節可以制備出更為適合制作氣敏傳感器的敏感納米材料。

發明內容

本發明的目的，是克服已有的制備氧化鎢納米多級結構材料的高溫度、高真空和技術難度高的缺點，提供一種采用水熱法制備出形貌可控的從一維結構納米線到多級結構的WO₃納米材料。

本發明通過如下技術方案予以實現。

一種三氧化鎢一維結構納米線與多級納米結構的制備方法，具有以下步驟：

（1）清洗氧化鋁基底

將氧化鋁基底先后在丙酮溶劑、無水乙醇、去離子水中超聲清洗，除去表面油污及有機物雜質，并置于紅外烘箱中徹底烘干；

（2）制備種子溶液

將鎢酸鈉溶于15ml的去離子水中，磁力攪拌使之全部溶解，逐滴加入稀鹽酸，直至不再產生沉淀，隨后，加熱溶液至40℃，并滴加2ml?H₂O₂進入溶液，繼續攪拌直至沉淀溶解，形成濃度為0.2M～0.5M黃色透明的鎢酸鈉種子溶液；

（3）制備種子層

將步驟（2）中制備的鎢酸鈉種子溶液涂覆到步驟（1）中已經清洗干凈的氧化鋁基底上，然后置于退火爐中，在空氣氣氛中退火處理，退火溫度為500～600℃，保溫時間2～3h，升溫速率為2-3℃/min；

（4）制備水熱反應溶液

配制0.06M～0.1M的鎢酸鈉溶液，將鎢酸鈉溶于去離子水中，磁力攪拌至全部溶解，加入0.08M～0.15M氯化鉀，再加入模板劑P123即三嵌段共聚物，形成均一的膠狀溶液，再逐滴加入稀鹽酸，使溶液的pH控制在2.1～2.5，最后形成乳白色均一的鎢酸鈉溶膠溶液；

（5）制備三氧化鎢一維結構納米線與多級納米結構

將步驟（3）中覆著有鎢酸鈉種子層的氧化鋁基底置于內襯為聚四氟乙烯的不銹鋼水熱反應釜中，同時將步驟（4）制備的鎢酸鈉溶液也轉移到反應釜中，密封，然后在溫度160～200℃下采用水熱法在氧化鋁基底表面直接合成三氧化鎢一維結構納米線與多級納米結構，水熱反應時間為6～12小時，反應完畢后，反應釜自然冷卻到室溫；

（6）清洗水熱反應后的氧化鋁基底