[發明專利]一種鐵摻雜三斜-六方復合晶相三氧化鎢薄膜的制備方法

在審

• 申請號: 201810456659.6
• 申請日: 2018-05-14
• 公開（公告）號: CN108714424A
• 公開（公告）日: 2018-10-30
• 發明（設計）人: 趙增迎;劉亞男
• 申請（專利權）人: 中國地質大學（北京）
• 主分類號: B01J23/888
• 分類號: B01J23/888;C02F1/30;C02F1/70;C02F101/22
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本發明涉及一種三斜晶相和六方晶相復合結構的三氧化鎢薄膜的制備方法，屬于材料制備技術領域。本發明方法以硝酸鈉及硝酸鐵為原料，以水熱法制得WO₃薄膜材料，以鐵摻雜為措施，使制得的WO₃薄膜具有三斜晶相WO₃和六方晶相WO₃構成，對水中重金屬污染物具有良好的消除性能。該方法具有設備和工藝簡單、制備成本低等優點。所獲得的薄膜表面平整，顆粒大小分布均勻，薄膜穩定性好；這種材料在光催化水體污染物消除等方面有廣泛的應用前景。

技術領域

本發明涉及一種鐵摻雜的具有三斜晶相和六方晶相復合結構的三氧化鎢薄膜的制備方法，屬于材料制備技術領域。

背景技術

WO₃半導體光催化劑被視為理想的光催化劑材料之一，它具有如下特點：綠色無毒、制備簡易、物理化學性質穩定、對可見光敏感、電子傳輸性能良好、原材料廉價。在氣體檢測，光催化，光開關器件以及電致變色器件等領域有著廣泛的應用。但WO₃中光生電子-空穴對的快速重組在一定程度上制約了其光催化效率。因此，有效抑制WO₃中光生電子-空穴對的復合是進一步提高WO₃光催化劑效率的有效途徑。

目前，對于提高WO₃光催化薄膜器件效率的有效途徑，主要集中在提高其電子空穴分離效率，提升其電子遷移效率方面。主要用到的方法有金屬離子摻雜、非金屬離子摻雜、半導體材料符合等。

如2004年A.Hoel等用高頻感應蒸發源蒸鍍法制備了摻雜Al的WO₃厚膜，發現摻Al的 WO₃膜對H₂S的敏感性比純WO₃好，分辨力為純WO₃膜的3倍。2010年王璇等以鎢酸和四丁基氫氧化銨為原料，通過溶膠凝膠法制備C摻雜WO_3-x，結果表明C摻雜在一定程度上改變了WO₃的晶體結構，在不產生晶體學轉變的前提下，使得催化劑表面W⁵⁺和氧空位含量增加，這些措施都提高了WO_3-x的光吸收性能和電子傳輸性能，從而有利于光催化活性的提高。在紫外和可見光照射下，C摻雜WO₃光解水產氫效率比WO_3-x提高達91％。又如2012 年畢冬琴等采用機械混合方法，制備了WO₃和Fe₂O₃的混合物，測試結果表明，當煅燒溫度為400℃以及Fe₂O₃的含量在質量百分含量為1.0％時，對有機染料X3B的光催化效果最高。 2011年崔玉民等制備了復相光催化劑WO₃/ZnO，并對含酸性黑染料的廢水的處理進行了研究，發現復相光催化劑WO₃/ZnO對酸性黑染料溶液的脫色率效果比較明顯，可達99.6％。 2011年白蕊等采用溶膠-凝膠法制備了WO₃-TiO₂納米復合材料，當WO₃的質量百分含量在 3％，煅燒溫度為550℃時，光催化降解甲基橙染料廢水的效率，比純WO₃和TiO₂的降解效率均有明顯提高。

目前WO₃及其薄膜的制備方法主要有溶膠-凝膠法、電化學沉積法、磁控濺射法、化學氣象沉積法、水熱和溶劑熱法等。其中水熱法的低溫、高壓溶液條件，有利于生長缺陷少、取向好、結構完美的晶體，且合成的產物結晶度高、熱應力小、均勻性和純度較高、粒度易控且工藝成本低廉等優點。本發明以硝酸鈉及硝酸鐵為原料，以水熱法制得WO₃薄膜材料，并首次以鐵摻雜為措施，使制得的WO₃薄膜具有三斜晶相WO₃和六方晶相WO₃組成的復合晶相結構。制備出的三斜-六方復合晶相三氧化鎢薄膜對水中有機及重金屬污染物具有良好的消除性能。

發明內容