[發明專利]一種正交晶系層狀三氧化鎢的制備方法與應用

有效

• 申請號: 202010162263.8
• 申請日: 2020-03-10
• 公開（公告）號: CN111348684B
• 公開（公告）日: 2022-06-10
• 發明（設計）人: 王炳山;李小紅;余金保
• 申請（專利權）人: 景德鎮學院
• 主分類號: C01G41/02
• 分類號: C01G41/02;B01J23/30
• 代理公司: 北京慕達星云知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 11465
• 代理人: 王敏

本發明公開了一種正交晶系層狀三氧化鎢的制備方法與應用，屬于無機功能材料的制備領域。所述制備方法具體包括如下步驟：利用質子化的陽離子交換樹脂去除鎢酸鹽溶液中多價金屬陽離子雜質，獲得高純溶膠；往獲得的高純溶膠中加入形貌控制劑，隨后水熱合成反應，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。本發明通過離子交換?水熱反應，并利用PVP形貌控制劑及反應條件控制，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，適合在工業上推廣使用。

技術領域

本發明屬于無機功能材料的制備領域，涉及一種正交晶系層狀三氧化鎢的制備方法，同時涉及一種正交晶系層狀三氧化鎢在氣體傳感和催化領域中的應用。

背景技術

三氧化鎢是一種多功能的金屬氧化物半導體材料，帶隙范圍為2.5至2.8eV。三氧化鎢的晶胞通常是由1個鎢原子和6個氧原子構成的正八面體單元，這些晶胞單元共用頂點排列形成不同晶型的三氧化鎢結構。根據氧化鎢八面體的晶胞傾斜角和旋轉方向不同，三氧化鎢呈現多種不同的晶格結構，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。三氧化鎢獨特的晶格結構為其帶來了更優秀的性能，與其他材料相比，三氧化鎢具有更好的電荷傳輸能力，具有很多獨特的物理化學性能，在氣敏傳感器、光催化劑、電致變色智能窗和光電化學設備等方面都有著良好的應用前景。

在室溫下，三氧化鎢的幾種晶格結構中單斜(γ-WO₃)是最為常見、穩定，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構影響外，如形貌、晶粒尺寸、晶界、摻雜劑等因素對三氧化鎢的電導率也有很大影響。在各種各樣的材料中，一類新型結構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合氧化物等引起人們的廣泛興趣。由于其結構的特殊性，本身可以認為是一種特殊的納米結構，同時可作為制備無機-無機、無機-有機納米復合材料的母體材料。因此，層狀化合物為構造新的納米結構提供了一條新的思路；同時，層狀化合物及其改性材料已在離子交換、吸附、傳導、分離和催化等諸多領域具有廣闊的應用。

WO₃是一種重要的多功能半導體材料，人們對WO₃的應用研究從未停息。目前，多種形貌、結構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道，但正交晶系層狀三氧化鎢的合成在國內外文獻中還未見報道。發明專利CN 110054224 A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電玻璃FTO上生長三氧化鎢薄膜，再將基片進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為多層形貌，但其結構屬單斜晶系(本發明屬正交晶系結構)。再就是發明專利CN 110054224A工藝復雜、成本高，產物純度低，極大影響了最終產品的性質，該制備工藝不適合在工業上推廣使用。

因此，如何提供一種工藝簡單、操作方便，適于工業推廣的正交晶系層狀三氧化鎢的制備方法是本領域技術人員亟待解決的技術難題。

發明內容

本發明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，適合在工業上推廣使用。

為了達到以上技術效果，本發明采用如下技術方案：