[发明专利]一种金属离子辅助及酸、碱性环境中氧化钨纳微材料的制备方法

说明书

本发明涉及一种金属离子辅助及酸、碱环境中氧化钨纳微材料的制备方法。以钨酸盐为反应物，与一定量的氯化钠及金属盐助剂混合溶于水中，调节水溶液体系的pH值至0.5‑9.0，于水热反应釜中160‑220℃反应2‑48小时，再经300‑900℃煅烧1‑3小时，得到球状且粒度为200‑3000nm的氧化钨纳微材料。不同于常规合成方法，本发明方法的优势在于同时实现了酸性或碱性环境下氧化钨纳微材料的高产率合成；尤其是可制得在碱性条件下无金属离子辅助时不能得到的氧化钨材料，避免酸的使用，制备工艺安全简便，碱性条件的合成为钨冶金工艺上解决碱回收的高难问题提供了实际指导意义；合成的氧化钨结晶度好、产率高、颗粒均匀、晶体结构稳定，电子传输能力强。本发明可提供结构、组成可调、粒度均一的氧化钨纳微材料，有助于拓展材料在光/电致变色器件、锂离子电池、气敏传感器、光催化、防污等领域的实际应用。

技术领域

本发明属于纳微材料制备技术领域，涉及一种制备氧化钨纳微材料的方法。

背景技术

氧化钨是一种生态友好、廉价且丰富易得的材料，因其特殊的性质以及改性手段广泛而备受关注。氧化钨是一种n型半导体材料，有合适的带隙，能大范围地吸收可见光，成为最具潜力的光催化剂之一。氧化钨对多种类气体的吸附，使其具备优良的气敏性能。氧化钨拥有嵌入锂离子的能力，这一特性使其既可以成为储能材料又能用作电致变色材料。此外，氧化钨还具有化学稳定性、抗光腐蚀性、生物相容性、带隙可调、出色的空穴迁移率等等优势。因此，氧化钨在光/电致变色器件、锂离子电池、气敏传感器、光催化、防污等领域都具有重要的应用价值。

从晶体结构来看，氧化钨是高度复杂的材料。不同的合成路线及后处理，均会影响所得氧化钨的形貌、晶相和缺陷结构，从而影响材料的本征性质及其应用。氧化钨的合成方法通常为液相合成法，简便且易调变，包括水热法和溶剂热法。其中，水热法使用最广泛，主要是利用钨酸盐为钨源，控制pH范围在1到2之间，水热分解形成氧化钨。例如，Sun等使用钨酸钠为钨源，油酸钠为结构导向剂，在pH为1条件下于180℃水热，制得三氧化钨纳微管(S.Sun,etal.,Journal oftheAmericanChemicalSociety,2018,140(20),6474-6482)；Zhang等人通过添加十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)表面活性剂辅助水热合成，pH值为1-1.5，达到正交相三氧化钨分级结构(Y.Zhang,etal.,MaterialsLetters,2019,235,49-52)；Liu等通过将钨酸钠和草酸溶解在异丙醇与盐酸的混合溶液中，制备出了三氧化钨纳微中空微球(Y.Liu,etal.,CrystalEngineeringCommunication,2014,16,7493-7501)。已报道水热合成法大多在pH小于2的环境中进行，需要消耗较大量的强酸进行调节，且用原有报道的方法，在碱性条件下不能形成氧化钨。在高pH的弱酸性或碱性条件下用金属离子诱导合成氧化钨未见报道，仍是空白。

本发明提出了一种金属离子辅助及酸、碱性环境中氧化钨纳微材料的合成方法，过程简便、可控。该方法合成的氧化钨材料具有纯度高、分散性好、结晶度高、尺寸均匀等特点，显示出良好的光催化活性和气敏性能，有很广泛的应用前景。目前钨冶金工艺中存在碱回收困难的问题，工业上为了实现碱回收，需要在工艺操作上进行溶液转换、溶剂萃取、离子交换、蒸发结晶等多个单元操作，而本发明提出的方法将对直接沉淀三氧化钨或其水合物而回收碱的工艺具有实质性的指导意义。

发明内容

本发明提供了一种氧化钨纳微材料的制备方法，简单易行，可调控合成一系列不同晶型结构、不同形貌、不同尺寸、不同组成的氧化钨纳微材料。

本发明所提供的制备方法，采用如下技术方案：

一种金属离子辅助及酸、碱性环境中氧化钨纳微材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：