一种孔径可调的3DOM WO3材料的制备方法及其应用技术

本发明专利技术属于功能材料制备技术领域，特别公开了一种孔径可调的3DOM WO3材料的制备方法及其应用。S1、制备聚苯乙烯模板；S2、将钨酸铵溶解在双氧水中，得到2.4~19.2 mol/L的前驱液，然后将S1得到的聚苯乙烯模板浸入其中，浸渍6~8 h后，烘干，得到模板—前驱物的混合物；S3、将S2得到的混合物，进行煅烧处理除去模板，制得3DOM WO3材料。本发明专利技术制备的3DOM WO3材料可以用于检测丙酮气体。与商业品相比，制备的3DOM WO3材料实现了对丙酮气体高效的检测；本发明专利技术将高灵敏度、高选择性与良好的响应恢复特性有机地结合起来，提供了一种对低浓度丙酮气体具有高灵敏度与选择性的氧化钨材料的制备方法。

An aperture adjustable 3DOM WO

The invention belongs to the technical field of functional material preparation, and particularly discloses a size adjustable 3DOM WO

【技术实现步骤摘要】
一种孔径可调的3DOMWO3材料的制备方法及其应用
本专利技术属于功能材料制备
，具体涉及一种孔径可调的3DOMWO3材料的制备方法及其应用。
技术介绍
丙酮，是一种重要的工业用有机溶剂，广泛应用于塑料、橡胶、喷漆等行业中；同时，丙酮也可作为原料，用于烯酮、醋酐、甲基丙烯酸甲酯等化合物的合成。然而，丙酮具有易挥发性，吸入丙酮可引起头痛、疲倦、甚至昏迷，严重损害人的神经系统。因此，实时监测工作场所的丙酮浓度具有重要意义。此外，丙酮还被认为是糖尿病的生物标志物，通过检测呼气中痕量丙酮的浓度，可以为糖尿病的诊断、监控提供依据。因此制备高效检测丙酮气体的气敏材料十分必要。金属半导体氧化物作为气敏材料，具有灵敏度高、响应迅速、重复性好等特点，受到越来越广泛的关注。WO3是目前研究最多的检测丙酮的材料。然而，WO3及WO3基气敏材料，仍然面临着如何提高丙酮检测的灵敏度和选择性问题。三维有序大孔（3DOM）材料具有高度有序的结构、大的比表面积以及开放的内表面等特点，利于气体在材料表面的扩散，可以为气体在材料表面的氧化还原反应提供更多活性位点。因此，制备3DOMWO3材料为丙酮的检测提供了可能。此外，孔径是大孔材料的一个重要参数，通过孔径的调节，可以带来性能上的优化，然而却很少有相关的报道。所以，制备出一种孔径可调的3DOMWO3材料实现对丙酮气体高效的检测有着十分重要的意义。
技术实现思路
本专利技术的目的旨在提供一种3DOMWO3材料的制备方法及其应用。为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案如下：一种孔径可调的3DOMWO3材料的制备方法，包括以下步骤：S1、制备聚苯乙烯模板；S2、将钨酸铵溶解在30~35wt%的双氧水中，得到2.4~19.2mol/L的前驱液，然后将S1得到的聚苯乙烯模板浸入其中，浸渍6~8h后，烘干，得到模板—前驱物的混合物；所述前驱液浓度以钨计；S3、将S2得到的混合物，进行煅烧处理除去模板，制得3DOMWO3材料。较好地，500~700℃煅烧处理1~2h。具体地，S1的步骤为：S1.1、纯化后的苯乙烯和水，在氮气气氛下，加热至70~80℃并恒温，加入K2S2O8，反应8~12h，反应结束后，得到聚苯乙烯母液；其中，每200mL水添加苯乙烯5~20mL、K2S2O80.15~0.30g；S1.2、将聚苯乙烯母液超声分散后离心，然后烘干，得到聚苯乙烯模板。较好地，S1.2中，3000~5000rpm离心10~12h。最佳地，所述制备方法的步骤为：S1、制备聚苯乙烯模板：S1.1、纯化后的苯乙烯和水，在氮气气氛下，加热至70℃并恒温，加入K2S2O8，反应8h，反应结束后，得到聚苯乙烯母液；其中，苯乙烯、水和K2S2O8的用量分别为：水200mL、苯乙烯5mL、K2S2O80.15g；S1.2、将聚苯乙烯母液超声分散10min，然后3000rpm离心10h，再60℃烘干，得到聚苯乙烯模板；S2、将钨酸铵溶解在30wt%的双氧水中，得到9.6mol/L的前驱液，然后将S1得到的聚苯乙烯模板浸入其中，浸渍6h后，60℃烘干，得到模板—前驱物的混合物；所述前驱液浓度以钨计；S3、将S2得到的混合物，500℃煅烧处理2h除去模板，制得3DOMWO3材料。所述制备方法制备的3DOMWO3材料在测丙酮气体中的应用。本专利技术的有益效果：1.本专利技术制备的3DOMWO3材料，具有高度有序、相互贯穿的孔结构，有利于气体的传输和扩散；2.通过不同模版的控制，实现了孔径的控制，从而制备了不同孔径的3DOMWO3材料，实现了对丙酮气敏性能的优化；3.本专利技术简单易操作，重复性好。与商业品相比，制备的3DOMWO3材料实现了对丙酮气体高效的检测（检测线低至0.2ppm）。同时，本专利技术将高灵敏度、高选择性与良好的响应恢复特性有机地结合起来，提供了一种对低浓度丙酮气体具有高灵敏度与选择性的氧化钨材料的制备方法。附图说明图1是实施例1~4即不同前驱液浓度制备的3DOMWO3材料的SEM图谱。图2是实施例3、5、6制备的不同孔径的3DOMWO3材料的XRD图谱。图3是实施例3、5、6制备的不同孔径的3DOMWO3材料的SEM图谱。图4是实施例3制备的3DOMWO3材料的TEM图谱和BET图谱。图5是实施例1~6及对照例1~4制备的3DOMWO3材料的气敏性能图。具体实施方式以下结合具体实施例对本专利技术的技术方案作进一步详细说明，但本专利技术的保护范围并不局限于此。实施例1一种孔径可调的3DOMWO3材料的制备方法，包括以下步骤：S1、制备聚苯乙烯模板：S1.1、在四口烧瓶中加入200mL去离子水，然后将经减压蒸馏纯化后的苯乙烯5mL加入烧瓶中，然后在油浴锅中进行加热，同时在四口烧瓶中通入氮气保护气，排除四口烧瓶中的空气，当反应温度达到70℃后，加入0.15gK2S2O8，反应8h，反应结束后，得到粒径为340nm的聚苯乙烯母液；S1.2、将聚苯乙烯母液超声10min进行分散处理，得到均一的乳液，然后3000rpm离心10h，然后置于60℃烘箱中进行12h干燥处理，得到聚苯乙烯模板；S2、将钨酸铵溶解在30wt%的双氧水中，得到以钨计浓度为2.4mol/L的前驱液，将S1得到的聚苯乙烯模板浸入其中，浸渍6h后，在60℃烘箱中烘干，得到模板—前驱物的混合物；S3、将S2得到的混合物，在马弗炉中500℃煅烧2h，制得3DOMWO3材料。实施例2与实施例1的不同之处在于：S2中前驱液的浓度为4.8mol/L。实施例3与实施例1的不同之处在于：S2中前驱液的浓度为9.6mol/L。实施例4与实施例1的不同之处在于：S2中前驱液的浓度为19.2mol/L。实施例5与实施例1的不同之处在于：S1.1中加入10mL苯乙烯，S1.2中得到粒径为560nm的聚苯乙烯母液，S2中前驱液的浓度为9.6mol/L。实施例6与实施例1的不同之处在于：S1.1中加入15mL苯乙烯，S1.2中得到粒径为860nm的聚苯乙烯母液，S2中前驱液的浓度为9.6mol/L。对照例1与实施例3的不同之处在于：将WCl6溶于无水乙醇中制备9.6mol/L的前驱液。对照例2与实施例3的不同之处在于：将WCl6溶于冰乙酸中制备9.6mol/L的前驱液。对照例3与实施例3的不同之处在于：将WCl6溶于丁醇中制备9.6mol/L的前驱液。对照例4与实施例3的不同之处在于：将WCl6溶于冰乙酸-水混合液（体积比3:1）中制备9.6mol/L的前驱液。产物表征图1是实施例1~4即不同前驱液浓度制备的3DOMWO3材料的SEM图谱。图1(a)、1(b)、1(c)和1(d)分别是实施例12.4mol/L、实施例24.8mol/L、实施例39.6mol/L和实施例419.2mol/L前驱液浓度制备的3DOMWO3的SEM图。由图1可知：过低的浓度（2.4mol/L和4.8mol/L）容易形成浸渍不完全的现象，不易形成有序的孔结构，而过高的浓度（19.2mol/L）则会在有序结构的表面形成过多的纳米颗粒，造成孔径的堵塞。只有合适的前驱液浓度（9.6mol/L）才会形成有序的孔结构。图2是实施例3、实施例5、实施例6制备的不同孔径的3DOMWO3材料和商业品WO3（杭州吉康新材料有限公司，型号：S本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种孔径可调的3DOM WO

【技术特征摘要】
1.一种孔径可调的3DOMWO3材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、制备聚苯乙烯模板；S2、将钨酸铵溶解在30~35wt%的双氧水中，得到2.4~19.2mol/L的前驱液，然后将S1得到的聚苯乙烯模板浸入其中，浸渍6~8h后，烘干，得到模板—前驱物的混合物；所述前驱液浓度以钨计；S3、将S2得到的混合物，进行煅烧处理除去模板，制得3DOMWO3材料。2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：500~700℃煅烧处理1~2h。3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，S1的步骤具体为：S1.1、纯化后的苯乙烯和水，在氮气气氛下，加热至70~80℃并恒温，加入K2S2O8，反应8~12h，反应结束后，得到聚苯乙烯母液；其中，每200mL水添加苯乙烯5~20mL、K2S2O80.15~0.30g；S1.2、将聚苯乙烯母液超声分散后离心，然后烘干，得到聚苯乙烯模板。4.如权利要求3所述的制备方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：要红昌，刘志强，申小清，李中军，
申请(专利权)人：郑州大学，
类型：发明
国别省市：河南,41