[發(fā)明專利]一種紙基二維三氧化鎢納米片的制備方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710785839.4
• 申請日: 2017-09-04
• 公開（公告）號: CN107435281A
• 公開（公告）日: 2017-12-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 高超民;于京華;薛潔;葛慎光;顏梅
• 申請（專利權(quán)）人: 濟南大學
• 主分類號: D21H27/30
• 分類號: D21H27/30;D21H23/70;B32B29/00
• 代理公司: 濟南譽豐專利代理事務(wù)所(普通合伙企業(yè))37240
• 代理人: 高強

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種紙基二維三氧化鎢納米片的制備方法，屬于納米材料合成領(lǐng)域。

背景技術(shù)

三氧化鎢，是一種n型半導體材料，帶隙為~2.6 eV，一般為正交八面體結(jié)構(gòu)，廣泛應(yīng)用于光電器件、電致變色和光致電化學免疫分析傳感等領(lǐng)域。眾所周知，材料的性能與其形貌、尺寸密切相關(guān)。二維納米材料，通常是指在三維空間中，有一維是在納米尺度范圍（0.1~100 nm）的材料，其制備、研究與應(yīng)用越來越受到科研工作者們的關(guān)注。其中，納米材料具有的獨特界面效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng)，在二維納米材料上都具有很好的體現(xiàn)。二維納米材料除了納米材料普遍的特點之外，本身還具有很高的各向異性、比表面積和表面能高、明顯的表面效應(yīng)和量子尺寸效應(yīng)。二維三氧化鎢納米片具有均一的形貌、大的比表面積和高的表面能得到了廣泛的關(guān)注。目前報道的三氧化鎢的制備方法主要有：溶劑熱法、蒸發(fā)法、化學氣相沉積法、電沉積法、溶膠-凝膠法等。其中溶劑熱法具有較低的合成溫度從而使得晶體在生長過程中產(chǎn)生較少的缺陷。同時水熱法溫度梯度小使晶體生長具有較高的生長速率以及均勻性，是制備三氧化鎢納米材料常用的方法。

近年來，柔性鈣鈦礦太陽能電池備受關(guān)注，而且所用的柔性基底對器件的性能有很大的影響。目前常用的聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）和金屬箔片柔性基底已滿足不了需求，急需尋找一種廉價、來源豐富的新型柔性可替代基底。紙，因其具有廉價、質(zhì)輕、柔性可折疊、來源豐富、可降解等特點是一種極具潛力的柔性基底。并且目前報道了很多紙基器件，例如，超級電容器、光電探測器和晶體管等。本發(fā)明首次提供了一種制備紙基二維三氧化鎢納米片的方法，過程中不需要加入表面活性劑或模板劑，可以實現(xiàn)簡便快捷、低成本、環(huán)保的制備紙基二維三氧化鎢納米片的目的。重要的是制備的紙基二維三氧化鎢納米片可以作為柔性鈣鈦礦太陽能電池的電子傳輸材料，這使得紙基鈣鈦礦太陽能電池成為可能，為基于三氧化鎢柔性鈣鈦礦太陽能電池器件奠定了基礎(chǔ)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種在紙基底上生長二維三氧化鎢納米片的方法，該方法具有操作簡單和成本低的優(yōu)點。

本發(fā)明通過以下實驗方案實現(xiàn)：

一種在紙基底上生長二維三氧化鎢納米片的方法，其特征在于該方法包括以下步驟：

a.功能化紙基底：選用GE Healthcare Worldwide （中國上海浦東）公司的Whatman chromatography paper ＃2號纖維素紙作為基底，將其大小裁剪成長為4.0 cm寬為1.0 cm的長方形，并且采用絲網(wǎng)印刷技術(shù)在其表面印刷一層銀漿以使其導電，并將表面打磨光滑；

b.沉積納米三氧化鎢種子層：采用脈沖激光沉積法在步驟a中得到的紙基底表面沉積一層一定厚度的納米三氧化鎢種子層；

c.配制三氧化鎢前驅(qū)體溶液：稱取一定量的鎢酸鈉，將其溶解于超純水中，磁力攪拌5 min后加入一定體積的鹽酸，再稱取一定量的草酸銨加入溶液中，磁力攪拌30 min；

d.生長二維三氧化鎢納米片：將步驟c中攪拌均勻的前驅(qū)體溶液轉(zhuǎn)移至內(nèi)襯聚四氟乙烯的不銹鋼反應(yīng)釜內(nèi)，并將步驟b中處理好的紙基底以導電面向下的形式放入內(nèi)襯中，封閉擰緊反應(yīng)釜，置于預(yù)熱的烘箱內(nèi)反應(yīng)，反應(yīng)完畢后取出反應(yīng)釜，自然冷卻至室溫，將樣品取出并用無水乙醇和超純水徹底清洗，最后置于60 ℃烘箱中干燥。

步驟b中納米三氧化鎢種子層的厚度為10~100 nm。

步驟c中鎢酸鈉的質(zhì)量為0.01~10 g，超純水的體積為1~20 mL。

步驟c中鹽酸的體積為0.1~10 mL，草酸銨的質(zhì)量為0.01~10 g。

步驟d中烘箱的溫度為100~200 ℃，反應(yīng)時間為1~5 h。

本發(fā)明使用具有原料豐富、廉價易得、柔性可折疊等特點的紙作為基底，首次制備了紙基二維三氧化鎢納米片材料，并且該方法操作簡單、成本低、過程中不使用任何分散劑或表面活性劑，對環(huán)境無污染。制備的紙基二維三氧化鎢材料可以作為柔性鈣鈦礦太陽能電池的電子傳輸層，以及在柔性光電免疫傳感器方面有著廣泛的應(yīng)用前景。

具體實施方式

為了進一步說明制備紙基二維三氧化鎢納米片的方法，按照本發(fā)明技術(shù)方案進行實施，給出具體的實施方式：

首先，將GE Healthcare Worldwide （中國上海浦東）公司的Whatman chromatography paper ＃2號纖維素紙裁剪成長為4.0 cm寬為1.0 cm的長方形，并且采用絲網(wǎng)印刷技術(shù)在其表面印刷一層銀漿以使其導電，并將其表面打磨光滑；采用脈沖激光沉積法在步驟a中得到的紙基底表面沉積一層厚度為10~100 nm三氧化鎢種子層；稱取0.01~10 g鎢酸鈉，將其溶解于1~20 mL超純水中，磁力攪拌5 min后加入0.1~10 mL鹽酸，再稱取0.01~10 g草酸銨加入至溶液中，磁力攪拌30 min；最后將攪拌均勻的前驅(qū)體溶液轉(zhuǎn)移至內(nèi)襯聚四氟乙烯的不銹鋼反應(yīng)釜內(nèi)，并將處理好的紙基底以導電面向下的形式放入內(nèi)襯中，封閉擰緊反應(yīng)釜，置于預(yù)熱100~200 ℃的烘箱內(nèi)反應(yīng)1~5 h，反應(yīng)完畢后取出反應(yīng)釜，自然冷卻至室溫，將樣品取出并用無水乙醇和超純水徹底清洗，最后置于60 ℃烘箱中干燥。