一种具有光催化性能的三氧化钨纳米棒及其制备制造技术

本发明专利技术提供一种具有光催化性能的三氧化钨纳米棒，由三斜晶型的三氧化钨形成的一维棒状纳米材料,三氧化钨纳米棒的长为100‑1000nm，直径为10‑100nm。本发明专利技术还提供所述具有光催化性能的三氧化钨纳米棒的制备方法。本发明专利技术采用水热法制备出形貌可控和具有光催化性能较好的三氧化钨纳米棒，与其他制备方法相比，具有操作简单、成本低、反应条件温和、产物粒度小、产物易于调控、环境污染小等优点。

A tungsten oxide nanorod with photocatalytic properties and its preparation

The invention provides a tungsten trioxide nanorod with photocatalytic properties, one dimensional bar like nanomaterial formed by three diagonal tungsten trioxide. The length of tungsten trioxide nanorods is 100 1000nm, and the diameter is 10 100nm. The invention also provides a preparation method of tungsten oxide nanorods with photocatalytic properties. The invention adopts the hydrothermal method to prepare the tungsten trioxide nanorods with controllable morphology and good photocatalytic properties. Compared with other preparation methods, the invention has the advantages of simple operation, low cost, mild reaction conditions, small product size, easy to control products and small environmental pollution.

【技术实现步骤摘要】
一种具有光催化性能的三氧化钨纳米棒及其制备
本专利技术属于光催化剂领域，具体涉及一种三氧化钨光催化剂，及其制备方法。
技术介绍
资源短缺和环境污染是目前人们最关心的两大问题，半导体光催化材料有望解决这一问题。当前主要的光催化材料是二氧化钛，其在紫外光照射下，具有良好的光降解能力，但由于二氧化钛只能利用太阳光中的紫外光波段，而太阳光光谱中，紫外光只占相当小的比例，致使在自然界中紫外光的强度很低，限制了其在太阳光下的光催化能力。三氧化钨是可以在可见光下进行光催化的半导体材料，光催化稳定性良好，对光催化降解水中污染物也有较理想的催化效果。而实现三氧化钨优良的光催化性能依赖于特殊的结构与形貌，例如，晶粒尺寸减小、表面积增大都有利于光催化性能的提高，因此，大量的科研实验者将注意力放在三氧化钨的尺寸和形貌上。本文通过加入不同种类的无机盐添加剂来实现控制三氧化钨的尺寸和形貌。同时，各种基于溶液的合成方法已经用来制备不同类型的WO3纳米结构，如溶胶-凝胶法，沉淀法，微乳液法，水热合成法。其中，由于水热法具有操作简单、成本低、反应条件温和、产物粒度小、产物易于调控、环境污染小等优点，作为WO3的制备方法。
技术实现思路
针对本领域存在的问题，本专利技术的目的是提出一种具有光催化性能较好的三氧化钨纳米棒。本专利技术的另一目的是提供一种采用水热法制备出形貌可控三氧化钨纳米棒的制备方法。实现本专利技术目的的技术方案为：一种具有光催化性能的三氧化钨纳米棒，是由三斜晶型的三氧化钨形成的一维棒状纳米材料，三氧化钨纳米棒的长为100-1000nm，直径为10-100nm。一种具有光催化性能的三氧化钨纳米棒的制备方法，包括步骤：1)配制钨酸钠的水溶液，用盐酸调节钨酸钠水溶液的pH值为0.8-1.5，再加入草酸，在温度160-190℃条件下，进行水热反应，得到的产物反复洗涤、离心、干燥，2)将步骤1)所得产物在500-700℃条件下煅烧1-3h。进一步地，步骤1)中，配制浓度为0.4-0.6mol/L钨酸钠的水溶液，边搅拌边滴加盐酸至钨酸钠水溶液的pH值为0.8-1.5，此时得到钨酸前驱体沉淀；再加入草酸直至沉淀全部溶解，向溶液中加入添加剂，所述添加剂为Na2SO4、K2SO4、Na2C2O4、K2C2O4中的一种。其中，步骤1)中，用盐酸调节钨酸钠水溶液的pH值为1.0，再加入草酸溶液直至沉淀全部溶解，向溶液中加入添加剂，所述添加剂为Na2SO4、K2SO4、Na2C2O4、K2C2O4中的一种；然后将溶液转移至聚四氟乙烯内衬的水热反应釜中，密封，在水热温度175-180℃、水热时间10-15h条件下，进行水热反应。优选地，所述草酸是水溶液形式加入，草酸溶液的浓度为0.1～2mol/L，所述添加剂的用量为钨酸钠质量的20-35％。其中，步骤1)中，水热反应得到的产物用水和乙醇反复洗涤，离心分离所得固体在50-70℃下真空干燥10-14小时，得到三氧化钨的水合物。更优选地，步骤2)为，将步骤1)产物在600℃条件下煅烧2h。本专利技术所述具有光催化性能的三氧化钨纳米棒在制备光催化剂中的应用。所述具有光催化性能的三氧化钨纳米棒的应用方法为，将所述三氧化钨纳米棒投入含有有机染料的水中，在可见光照射下进行降解反应，所述有机染料亚甲基蓝溶液的浓度为1-50mg/L。本专利技术的有益效果在于：本专利技术采用水热法制备出形貌可控和具有光催化性能较好的三氧化钨纳米棒，与其他制备方法相比，具有操作简单、成本低、反应条件温和、产物粒度小、产物易于调控、环境污染小等优点。通过在前驱体溶液中添加不同的无机盐添加剂，可得到棒状的三氧化钨纳米材料；本申请比较了Na2SO4、K2SO4、Na2C2O4、K2C2O4添加剂的不同效果，可调控获得不同直径和比表面积的纳米材料。附图说明图1采用不同添加剂所得产物的XRD图图2不同添加剂所得产物的SEM图。其中a：无，b：Na2SO4，c：K2SO4，d：Na2C2O4，e：K2C2O4。图3添加剂为K2SO4合成的WO3做光催化剂的光催化性能。图4不同添加剂合成的WO3做光催化剂在氙灯下照射2.5h后亚甲基蓝的降解率。其中a：无，b：Na2SO4，c：K2SO4，d：Na2C2O4，e：K2C2O4。具体实施方式以下具体实施方式用于说明本专利技术，但不应理解为对本专利技术的限制。实施例中，如无特别说明，所用技术手段为本领域常规的技术手段。实施例1-5添加剂分别为(a)无，(b)Na2SO4，(c)K2SO4，(d)Na2C2O4，(e)K2C2O4。实施例1：将3.68g的钨酸钠(Na2WO4·2H2O)溶于20ml的去离子水中，在磁力搅拌作用下使其完全溶解成无色透明的液体，向钨酸钠溶液中边搅拌边逐滴加入浓度为3mol/L盐酸直到pH为1.0为止，此时得到淡黄色的钨酸前驱体沉淀。充分搅拌半小时后，向钨酸前驱体中加入浓度为1mol/L草酸溶液，继续搅拌直至钨酸全部溶解。将溶液转移至容积为100ml的聚四氟乙烯内衬的不锈钢水热反应釜中，密封，在水热温度为180℃下反应12小时，然后，水热釜自然冷却；将得到的水热产物离心分离，用去离子水和无水乙醇反复清洗，放在温度为60℃真空干燥中干燥12小时，得到三氧化钨粉末。将得到的三氧化钨粉末放在马弗炉中煅烧，煅烧温度为600℃，煅烧时间为2小时，得到一维三氧化钨纳米棒。其X衍射结果见图1，可见得到的是三斜晶型的WO3。产物的SEM照片见图2之a，得到的材料是尺寸为50-200nm的颗粒。用得到的一维三氧化钨纳米棒作为光催化剂，在可见光下降解100ml的亚甲基蓝溶液，其中光催化剂质量为0.1g，亚甲基蓝溶液浓度10mg/L，光降解时间2小时，用紫外-可见光光度计测亚甲基蓝溶液的吸光度。实施例2：将3.68g的钨酸钠(Na2WO4·2H2O)溶于20ml的去离子水中，在磁力搅拌作用下使其完全溶解成无色透明的液体，向钨酸钠溶液中边搅拌边逐滴加入浓度为3mol/L盐酸直到pH为1.0为止，此时得到淡黄色的钨酸前驱体沉淀。充分搅拌半小时后，向钨酸前驱体中加入浓度为1mol/L草酸溶液，继续搅拌直至钨酸全部溶解。往溶液中分别加入1g的Na2SO4添加剂，将溶液转移至容积为100ml的聚四氟乙烯内衬的不锈钢水热反应釜中，密封，在水热温度为180℃下反应12小时，然后，水热釜自然冷却；将得到的水热产物离心分离，用去离子水和无水乙醇反复清洗，放在温度为60℃真空干燥中干燥12小时，得到三氧化钨粉末。将得到的三氧化钨粉末放在马弗炉中煅烧，煅烧温度为600℃，煅烧时间为2小时，得到一维三氧化钨纳米棒。其X衍射结果见图1，可见得到的是三斜晶型的WO3。产物的SEM照片见图2之b，和不加添加剂的产物(图2之a图)比较，通过添加剂的添加实现了纳米棒的生成，纳米棒的直径约50-100nm，长度约500nm，纳米棒上有尺寸为50-100nm的附着的颗粒。用得到的一维三氧化钨纳米棒作为光催化剂，在可见光下降解100ml的亚甲基蓝溶液，其中光催化剂质量为0.1g，亚甲基蓝溶液浓度10mg/L，光降解时间2小时，用紫外-可见光光度计测亚甲基蓝溶液的吸光度。实施例3：将3.68g的钨酸钠(Na2WO4·2H2O)溶于20ml的去离子水中，在磁力搅拌作本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有光催化性能的三氧化钨纳米棒，其特征在于，是由三斜晶型的三氧化钨形成的一维棒状纳米材料，三氧化钨纳米棒的长为100‑1000nm，直径为10‑100nm。

【技术特征摘要】
1.一种具有光催化性能的三氧化钨纳米棒，其特征在于，是由三斜晶型的三氧化钨形成的一维棒状纳米材料，三氧化钨纳米棒的长为100-1000nm，直径为10-100nm。2.一种具有光催化性能的三氧化钨纳米棒的制备方法，其特征在于，包括步骤：1)配制钨酸钠的水溶液，用盐酸调节钨酸钠水溶液的pH值为0.8-1.5，再加入草酸，在温度160-190℃条件下，进行水热反应，得到的产物反复洗涤、离心、干燥，2)将步骤1)所得产物在500-700℃条件下煅烧1-3h。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中，配制浓度为0.4-0.6mol/L钨酸钠的水溶液，边搅拌边滴加盐酸至钨酸钠水溶液的pH值为0.8-1.5，此时得到钨酸前驱体沉淀；再加入草酸直至沉淀全部溶解，向溶液中加入添加剂，所述添加剂为Na2SO4、K2SO4、Na2C2O4、K2C2O4中的一种。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中，用盐酸调节钨酸钠水溶液的pH值为1.0，再加入草酸溶液直至沉淀全部溶解...

【专利技术属性】
技术研发人员：席晓丽，李萌萌，马立文，聂祚仁，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：北京,11