[發明專利]一種具有可控氧空位的氧化鎢催化劑及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 202011623214.6
• 申請日: 2020-12-30
• 公開（公告）號: CN112742375A
• 公開（公告）日: 2021-05-04
• 發明（設計）人: 張懷偉;鮑亮;陳逸凡;裴浪;吳詩婷;白王峰;元勇軍
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: B01J23/30
• 分類號: B01J23/30;B01J37/10;B01J37/00;C02F1/30;C02F101/34;C02F101/36;C02F101/38
• 代理公司: 浙江千克知識產權代理有限公司 33246
• 代理人: 周希良

本發明屬于納米和能源技術領域，具體涉及一種具有可控氧空位的氧化鎢催化劑的制備方法，包括以下步驟：(1)將一定質量的鎢酸鈉或鎢酸鉀或鎢酸銨、PVP和CTAB溶于去離子水中，使其混合均勻并攪拌；(2)加入一定量的乙酸，并繼續攪拌；(3)通過鹽酸調節溶液的pH，并繼續攪拌；(4)將攪拌均勻的溶液放入水熱反應釜，通過去離子水和乙醇溶液清洗，并置于真空干燥箱烘干；(5)將烘干樣品置入管式爐中進行熱處理后進行還原球磨，以得到具有內部氧空位氧化鎢納米顆粒；本發明制備的氧化鎢納米材料內部氧空位可控，能夠有效的提高其催化過程中的能量匹配程度，顯著的提高其催化效率。

技術領域

本發明屬于納米和能源技術領域，具體涉及一種具有可控氧空位的氧化鎢催化劑及其制備方法和應用。

背景技術

氧化鎢作為一種新型的半導體材料，有高的物理化學和熱穩定性，并且其存在非化學計量比的純態氧化物，晶體結構中具有一定的氧空位，致使具有較為特殊的近遠紅外吸收、光致變色和光電催化等性質。有研究表明，在可見光、光熱和光電等條件下，三氧化鎢基催化劑可以分解水產生氫氣、合成氨和分解高分子有機物，是一種具有廣闊應用前景的新型納米催化材料。然而，納米催化劑內部氧空位形成過程中的不可控性，極大的限制了其進一步的應用。

申請號為201510222857.2的專利公開了一種具有氧空位介孔的氧化鎢光催化劑的制備方法，通過介孔分子篩為硬模板以硅鎢酸或磷鎢酸為前驅體，通過H2氣氛焙燒制備了具有較大比表面積和氧空位的可見光催化劑，其制備過程具有設備簡單和無污染的特點。申請號為201711124824.X的專利公布了一種氧空位氧化鎢復合催化劑的制備工藝，其以水熱法為手段，通過質子化處理和摻雜氮化碳等方法得到了具有一定光催化活性的納米材料。但其過程較為復雜，無法準確調控其晶體結構和表面氧空位。申請號為201810092068.5的發明專利公開了一種單斜相帶有氧空位的三氧化鎢的制備方法及其應用，通過前驅體鎢酸鈉在水熱釜中通過微波水熱法制備。該方法具有反應效率高、操作簡單和制備可控等特點，但其對設備要求較高，耗能較大。

由此，有必要探索一種可控制備氧化鎢納米材料表面氧空位的方法，提高其催化過程中的能量匹配程度，能夠顯著的提高其催化效率。

發明內容

基于現有技術中存在的上述缺點和不足，本發明的目的之一是至少解決現有技術中存在的上述問題之一或多個，換言之，本發明的目的之一是提供滿足前述需求之一或多個的一種具有可控氧空位的氧化鎢催化劑及其制備方法和應用。

為了達到上述發明目的，本發明采用以下技術方案：

一種具有可控氧空位的氧化鎢催化劑的制備方法，包括以下步驟：

(1)將一定質量的鎢酸鈉或鎢酸鉀或鎢酸銨、PVP和CTAB溶于去離子水中，使其混合均勻并攪拌；

(2)加入一定量的乙酸，并繼續攪拌；

(3)通過鹽酸調節溶液的pH，并繼續攪拌；

(4)將攪拌均勻的溶液放入水熱反應釜，通過去離子水和乙醇溶液清洗，并置于真空干燥箱烘干；

(5)將烘干后樣品置入管式爐中進行熱處理，以得到氧化鎢顆粒；

(6)將氧化鎢顆粒置于還原氣氛下球磨處理，以得到表面富含氧空位的氧化鎢納米顆粒，其中的氣氛、壓力和球磨介質可調節的內襯瑪瑙罐中球磨。

作為優選方案，所述步驟(1)中在超聲輔助下分散1～2h。

作為優選方案，所述步驟(2)中攪拌時間不少于6h。

作為優選方案，所述步驟(3)中調節溶液pH值為0～2，攪拌時間不少于 6h。

作為優選方案，所述步驟(4)中水熱溫度為120～180℃，水熱時間為 18～24h。