一种制备纳米片组装的WO3·H2O空心球的方法技术

本发明专利技术属于功能纳米材料领域，具体为一种制备纳米片组装的WO3·H2O空心球的方法。本发明专利技术通过将草酸和钨酸盐溶于水中，加入丙醇得到混合溶剂的溶液，再加入强酸，在反应釜中恒温反应，得到沉淀物；用乙醇和水洗涤干燥后得到WO3·H2O粉末。本发明专利技术所采用的试剂体系与反应条件可制备纳米片组装的WO3·H2O空心球，分散性良好，尺寸均一，空心程度好。整个过程没有使用模板，有效避免了模板法制备中残留杂质的问题，制备过程简单，可控性高，使得本方法具有良好的应用前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于功能纳米材料领域，具体为一种制备纳米片组装的WO3·H2O空心球的方法。
技术介绍
WOx(x≤3)是一类被广泛研究的功能材料，因其独特的物理化学性质，在电致变色器件、染料敏化太阳能电池、光催化、光记录器件、传感、场发射、高温超导等领域有着广泛的应用。材料的使用性能与其结构和形貌有很大的关系，WO3·H2O是通过液相合成WOx的一种中间体材料，本身也是重要的半导体材料，其形貌和结构是决定WOx形貌和结构的重要因素，也就间接地决定了WOx的性能。因此，制备具有特殊结构的WO3·H2O具有很重要的意义。空心球因其独特的结构（如：低密度，高表面/体积比，空腔、良好的通透性）和在光电传输方面独特的性质（如：高的光捕获能力，特殊的电子传输路径）而备受关注。而纳米片因为其二维结构也备受材料研究者的关注。因此，纳米片组装的WO3·H2O空心球在很多领域可能会表现出独特的性能。液相制备空心球的方法一般分为模板法和无模板法。以往通过钨酸铅、钨酸锶、钨酸钙等难溶盐的实心球作为模板制备WO3·H2O空心球，但这种方法的缺点在于模板难以完全去除干净，最后得到的空心球中往往有难溶盐的杂质。近年来，一种无模板制备空心球的方法得到了发展。这种方法基于水热或溶剂热条件下的奥斯特瓦尔德熟化机制。其基本思想是在一定的溶液环境中，金属离子的前驱体水解形成球形的团聚体，然后经历奥斯特瓦尔德熟化过程由实心球转变为空心球。整个过程没有模板的存在，也就最大程度地减少了杂质离子，可以获得高纯度的目标产物的空心球。这种机制已经成功应用在多种无机功能材料的空心球的制备中，但对于每一种材料来说，具体的制备条件又各不相同。对于WO3·H2O来说，要想应用这种机制制备出空心球，溶剂的选择，络合剂与钨酸盐以及熟化剂的用量配比等等具体条件非常重要。这些条件不但影响能不能得到空心球结构，还影响所得空心球的分散性、尺寸均一性、空心程度等。为了制备出高纯度的、分散性、尺寸均一性、空心程度等都良好的WO3·H2O空心球，专利技术一种基于熟化机制的制备方法非常重要。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种制备纳米片组装的WO3·H2O空心球的方法，避免模板法制备中残留杂质的问题。本专利技术采用如下的技术方案：一种制备纳米片组装的WO3·H2O空心球的方法，包括如下的步骤和工艺条件：（1）在磁力搅拌下，将草酸和钨酸盐溶于水中，草酸与钨酸盐摩尔浓度比为（1.5-2.5）:1；（2）向步骤（1）的水溶液中加入丙醇，所加入的丙醇与水溶液的体积比范围为（1-1.3）:1，形成丙醇/水混合溶剂的溶液；（3）向步骤（2）的溶液中加入强酸，钨酸盐与强酸摩尔浓度比范围为1:（20-50）；（4）将步骤（3）的溶液导入反应釜中在温度50-100℃下恒温反应时间至少6h，得到沉淀物；（5）将步骤（4）的沉淀物分别用乙醇和水洗涤干净，干燥后得到WO3·H2O粉末。所述的步骤（1）中，钨酸盐为钨酸钠或钨酸钾。所述的步骤（1）中，草酸与钨酸盐摩尔浓度比优选为2:1。所述的步骤（2）中，所加入的丙醇与水溶液的体积比优选为1.2:1。所述的步骤（3）中，强酸为盐酸、硝酸或硫酸。所述的步骤（3）中，当强酸为盐酸或硝酸时，钨酸盐与强酸摩尔浓度比范围为1:（40-50）。所述的步骤（3）中，当强酸为硫酸时，钨酸盐与硫酸摩尔浓度比范围为1:（20-25）。所述的步骤（4）中，恒温反应时间优选为6-24h。采用本专利技术制备纳米片组装的WO3·H2O空心球的方法，所得WO3·H2O为纳米片组装的空心球，分散性良好，尺寸均一，空心程度良好，空心球壳厚度均匀。本专利技术设计原理如下：本专利技术通过草酸与钨离子络合形成络离子，在丙醇与水混合溶剂中，络离子水解成片状微晶并团聚形成实心球，随后在强酸熟化剂的作用下发生奥斯特瓦尔德熟化，使得实心球空心化，形成空心球。草酸是使得WO3·H2O长成纳米片的关键，丙醇与水混合溶剂是使得空心球分散性良好、尺寸均一以及空心程度强的关键，强酸是使得实心球熟化为空心球的关键。本专利技术具有如下的优点以及技术效果：1.本专利技术成功地应用熟化机制制备出了WO3·H2O空心球，属于无模板法，避免了模板法所带来的杂质。2.本专利技术采用草酸络合剂使得WO3·H2O长成纳米片装，空心球是由纳米片组装而成的。3.本专利技术采用丙醇与水混合溶剂，使得WO3·H2O空心球分散性良好，尺寸均一，空心程度强。总之，本专利技术通过将草酸和钨酸盐溶于水中，加入丙醇得到混合溶剂的溶液，再加入强酸，在反应釜中恒温反应，得到沉淀物。用乙醇和水洗涤干燥后，得到WO3·H2O粉末。本专利技术所采用的试剂体系与反应条件，可制备纳米片组装的WO3·H2O空心球，分散性良好，尺寸均一，空心程度好。附图说明图1（a）为本专利技术实施例1制备的WO3·H2O空心球的SEM照片；图1（b）为本专利技术实施例1制备的WO3·H2O空心球的TEM照片；图1（c）为本专利技术实施例1制备的WO3·H2O空心球的XRD谱图；图2为本专利技术实施例2制备的WO3·H2O空心球的TEM照片。图3为本专利技术实施例3制备的WO3·H2O空心球的TEM照片。具体实施方式本专利技术制备纳米片组装的WO3·H2O空心球的方法，包括如下的步骤和工艺条件：（1）在磁力搅拌下，将草酸和钨酸盐溶于水中，钨酸盐为钨酸钠或钨酸钾，草酸与钨酸盐摩尔浓度比为（1.5-2.5）:1，优选为2:1；（2）向步骤（1）的水溶液中加入丙醇，丙醇与水溶液的体积比范围为（1-1.3）:1，优选为1.2:1，形成丙醇/水混合溶剂的溶液；（3）向步骤（2）的溶液中加入强酸，强酸为盐酸或硝酸或硫酸；当强酸为盐酸或硝酸时，钨酸盐与强酸摩尔浓度比范围为1:（40-50）；当强酸为硫酸时，钨酸盐与硫酸摩尔浓度比范围为1:（20-25）；（4）将步骤（3）的溶液导入反应釜中在温度50-100℃下恒温反应时间至少6h（优选为6-24h），得到沉淀物；（5）将步骤（4）的沉淀物分别用乙醇和水洗涤干净，干燥后得到WO3·H2O粉末。所得WO3·H2O为纳米片组装的空心球，分散性良好，尺寸均一，空心程度良好，空心球壳厚度均匀。下面通过实施例对本专利技术的具体实施方式进一步详细描述。实施例1在磁力搅拌下，将1mmol草酸和0.5mmol钨酸钠加入30mL水中，将36mL丙醇加入上述水溶本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备纳米片组装的WO3·H2O空心球的方法，其特征在于，包括如下的步骤和工艺条件：（1）在磁力搅拌下，将草酸和钨酸盐溶于水中，草酸与钨酸盐摩尔浓度比为（1.5?2.5）:1；（2）向步骤（1）的水溶液中加入丙醇，所加入的丙醇与水溶液的体积比范围为（1?1.3）:1，形成丙醇/水混合溶剂的溶液；（3）向步骤（2）的溶液中加入强酸，钨酸盐与强酸摩尔浓度比范围为1:（20?50）；（4）将步骤（3）的溶液导入反应釜中在温度50?100℃下恒温反应时间至少6h，得到沉淀物；（5）将步骤（4）的沉淀物分别用乙醇和水洗涤干净，干燥后得到WO3·H2O粉末。

【技术特征摘要】
1.一种制备纳米片组装的WO3·H2O空心球的方法，其特征在于，包括如下
的步骤和工艺条件：
（1）在磁力搅拌下，将草酸和钨酸盐溶于水中，草酸与钨酸盐摩尔浓度比为
（1.5-2.5）:1；
（2）向步骤（1）的水溶液中加入丙醇，所加入的丙醇与水溶液的体积比范
围为（1-1.3）:1，形成丙醇/水混合溶剂的溶液；
（3）向步骤（2）的溶液中加入强酸，钨酸盐与强酸摩尔浓度比范围为1:
（20-50）；
（4）将步骤（3）的溶液导入反应釜中在温度50-100℃下恒温反应时间至少
6h，得到沉淀物；
（5）将步骤（4）的沉淀物分别用乙醇和水洗涤干净，干燥后得到WO3·H2O
粉末。
2.按照权利要求1所述的制备纳米片组装的WO3·H2O空心球的方法，其特
征在于：步骤（1）中，钨酸盐为钨酸钠或钨酸钾。
3.按照权利要求1所述的制备纳米片组装的WO3·H2O空心球的方法，其特
征在于：步骤（1）中，草酸与钨酸盐摩尔浓度比优选为2:1。
4.按照权利要求1所述的制...

【专利技术属性】
技术研发人员：李琦，尚建库，刘扬，
申请(专利权)人：中国科学院金属研究所，
类型：发明
国别省市：