[发明专利]一种三氧化钨纳米带自组装成微纳米星的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及金属氧化物半导体纳米材料制备技术领域，特别是一种可应用于电致变色、超级电容器、光电响应以及气敏传感的氧化钨纳米带自组装成微纳米星的制备方法。

背景技术

三氧化钨的晶体结构属于ReO₃型，与钙钛矿ABO₃结构很相似，只是W原子占据着B的位置，而A位置上无原子。如果单纯考虑化学计量比，三氧化钨中钨氧比为1：3，其理想晶体结构可以看作由中心的W原子和围绕在W原子周围的6个O原子所组成钨氧八面体[WO₆]经过共顶点连接而成，八面体之间有许多空隙，形成了各种通道。实际中，三氧化钨无法严格满足化学计量比，非化学计量比的WO₃为N型半导体，通常WO_3-x(X＝0～1)表示，禁带宽度约为2.8eV。三氧化钨具有独特的物理和化学性能，在气敏检测、电化学、电致变色、光催化等领域具有广泛的应用前景。

低维度半导体纳米材料以其独特物理化学性能引起了广泛的关注，低维纳米结构三氧化钨纳米材料(例如纳米片、纳米带、纳米线等等)是一种非常重要的功能材料，其性能和应用与其微观结构和形貌有很大关联。例如，电致变色材料性能主要取决于离子在电致变色材料中的离子扩散速度；超级电容器的性能与电荷在电极材料中的传输速度有很大关联等等，而这些性能又与所用材料的比表面积有直接关系。近年来，由于具有较高的比表面积以及在电化学和传感领域潜在的应用前景，低维纳米氧化钨制备、性能和应用等方面得到了广泛研究，并已成功制备出多种形式的纳米结构。Sun等(Nature Communications,2014,5:3813)将P123作为表面活性剂添加到由六氯化钨和乙醇配置好的前驱体中，在110℃的条件下保温两个小时可以得到形状较为均一的三氧化钨纳米片。Le Houx N等人(The Journal of Physical Chemistry C,2009,114:155)通过WCl₆和苄醇，采用微波加热方式获得了三氧化钨纳米颗粒，平均粒径为6nm，比表面积为140m²g^-1。Lee等人(Sensors Actuators B,2009,142:236)以钨酸钠和葡萄糖在1:30摩尔比的条件下，将碳球作为模板，通过水热和高温煅烧的方式获得了带有孔洞的三氧化钨微球，该方法获得的材料对NO₂气体具有良好的气敏响应性能。Yin(Crystal Growth&Design.2013,13:759)等人利用钨酸钠和盐酸配制成钨酸溶胶作为前驱体溶液，用甘氨酸作为辅助剂在180℃条件下水热十个小时，得到了由六方相WO₃纳米带自组装成纳米星，并应用于超疏水涂层，其接触角为153.55°。

近年来，纳米组装体系越来越受到关注，低维简单纳米结构单元组装正逐渐成为纳米材料研究的新热点。低维纳米结构单元有序组装成三维甚至更高的结构，将能更有效提升纳米电子器件的性能。中国专利(201510656126.9)公布了一种花状氧化钨纳米材料的制备方法，该技术采用水热法，通过有机酸为表面活性剂成功制备了氧化钨纳米片，并自组装成氧化钨纳米花球。然而目前尚未见不采用表面活性剂制备氧化钨纳米带并自组装成微纳米星的报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种三氧化钨纳米带自组装成微纳米星的制备方法。

实现本发明目的的解决技术方案为：一种三氧化钨纳米带自组装成微纳米星的制备方法，利用溶剂热法，以钨源、醇类溶剂、双氧水为原料，通过改变前驱体溶剂、反应时间、反应温度，得到不同形貌和尺寸的二维氧化钨纳米带，纳米带进一步通过自组装形成尺寸可控和形貌均一的三维结构氧化钨微纳米星，具体包括以下步骤：

步骤1、向反应容器中加入去乙醇和钨源。

步骤2、向反应容器中加入双氧水搅拌至钨源全部溶解，溶液变为黄绿色，形成均一稳定的胶体。

步骤3、将反应容器中的胶体溶液转移至反应釜中升温至设定温度，并保温。

步骤4、反应结束后，随炉冷却至室温。

步骤5、去除反应釜中上层清液，将反应釜底部产物用有机溶剂反复清洗离心，得到沉淀，所述沉淀即为三氧化钨纳米带自组装而形成的微纳米星。