一种非金属表面等离子体三氧化钨纳米线束材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及功能材料领域，提供了一种非金属表面等离子体三氧化钨纳米线束材料及其制备方法和应用。本发明专利技术提供的制备方法包括以下步骤：将六氯化钨和无水乙醇混合后，进行水热反应，得到非金属表面等离子体三氧化钨纳米线束材料；所述水热反应的温度为140～180℃，时间为18～30h。本发明专利技术提供的方法能够制备得到一种非金属表面等离子体三氧化钨纳米线束材料，采用本发明专利技术上述方法制备得到的三氧化钨纳米线束材料能够有效地催化乙醇转化为乙烯。实施例结果表明，以本发明专利技术所述非金属表面等离子体三氧化钨纳米线束材料作为催化剂，在全光谱照射下反应180分钟后，乙烯产率达到50.7毫摩尔/克，乙烯的选择性高达94.9％。

【技术实现步骤摘要】
一种非金属表面等离子体三氧化钨纳米线束材料及其制备方法和应用
本专利技术涉及功能材料领域，尤其涉及一种非金属表面等离子体三氧化钨纳米线束材料及其制备方法和应用。
技术介绍
随着能源需求的增长和化石燃料的短缺，替代能源和可再生能源的开发和利用都迫在眉睫。乙醇因其来源广泛且可再生而受到广泛关注，乙醇常用于生产乙烯、1-丁醇、醛、环氧乙烷、苯乙烯、聚乙烯和聚氯乙烯等等。目前乙醇的一个主要用途为制备乙烯。乙醇脱水制备乙烯是工业上非常重要的反应。但是乙醇脱水制备乙烯需要在催化剂的条件下进行，现有技术中的催化剂有多种，常见的包括氧化铝、沸石、杂多酸、过渡金属氧化物等，上述催化剂在催化乙醇制备乙烯时，大多需要高压或高温等苛刻的反应条件。因此，探索能够在温和条件下实现乙醇脱水的催化剂仍是研究的难点。
技术实现思路
本专利技术提供了一种非金属表面等离子体三氧化钨纳米线束材料及其制备方法和应用。本专利技术提供的非金属表面等离子体三氧化钨纳米线束材料能够在温和的条件下催化乙醇制备乙烯，且反应的选择性和产率较高。本专利技术提供了一种非金属表面等离子体三氧化钨纳米线束材料的制备方法，包括以下步骤：将六氯化钨和无水乙醇混合后，进行水热反应，得到非金属表面等离子体三氧化钨纳米线束材料；所述六氯化钨和无水乙醇的用量比为30～600mg:30mL。优选的，所述水热反应的温度为140～180℃，时间为18～30h。本专利技术还提供了上述技术方案所述方法制备得到的非金属表面等离子体三氧化钨纳米线束材料，其特征在于，所述非金属表面等离子体三氧化钨纳米线束材料的氧空穴含量为17％～28％。优选的，所述非金属表面等离子体三氧化钨纳米线束材料的直径为2～20nm，长度为100～800nm。本专利技术还提供了上述技术方案所述非金属表面等离子体三氧化钨纳米线束材料在催化乙醇制备乙烯反应中的应用。优选的，所述应用的方法包括以下步骤：将所述非金属表面等离子体三氧化钨纳米线束材料与无水乙醇混合后，在保护气氛条件下进行光照，得到乙烯。优选的，所述保护气氛包括氮气气氛和/或惰性气体气氛。优选的，所述光照用光的波长为190～400nm、400～800nm、800～1100nm、190～800nm、400～1100nm或190～1100nm。优选的，所述光照的时间为3h。本专利技术提供了一种非金属表面等离子体三氧化钨纳米线束材料的制备方法包括以下步骤：将六氯化钨和无水乙醇混合后，进行水热反应，得到非金属表面等离子体三氧化钨纳米线束材料；所述六氯化钨和无水乙醇的用量比优选为30～600mg:30mL。本专利技术提供的方法能够制备得到一种非金属表面等离子体三氧化钨纳米线束材料，采用本专利技术上述方法制备得到的三氧化钨纳米线束材料能够有效地催化乙醇转化为乙烯。在催化乙醇转化为乙烯的反应中，非金属表面等离子体三氧化钨纳米线束材料表面的等离子体热电子和光热效应协同促进乙醇脱水形成乙烯，有效提高了乙烯的产率和乙烯的选择性。实施例结果表明，以本专利技术所述非金属表面等离子体三氧化钨纳米线束材料为催化剂，在全光谱照射下反应180分钟后，乙烯产率达到50.7毫摩尔/克，乙烯的选择性高达94.9％。附图说明图1为实施例1制备得到的非金属表面等离子体三氧化钨纳米线束材料的扫描电镜图；图2为实施例1制备得到的非金属表面等离子体三氧化钨纳米线束材料的透射电镜图；图3为实施例1制备得到的非金属表面等离子体三氧化钨纳米线束材料的X射线光电子能谱；图4为实施例1制备得到的非金属表面等离子体三氧化钨纳米线束材料的XRD谱图；图5为不同光照条件下，实施例1制备得到的非金属表面等离子体三氧化钨纳米线束材料对乙醇的催化效果；图6为不同反应气氛中，实施例1制备得到的非金属表面等离子体三氧化钨纳米线束材料催化乙醇转化为乙烯的产率随时间变化曲线图；图7为不同反应气氛中，实施例1制备得到的非金属表面等离子体三氧化钨纳米线束材料催化乙醇反应的产物选择性图。具体实施方式本专利技术提供了一种非金属表面等离子体三氧化钨纳米线束材料的制备方法，包括以下步骤：将六氯化钨和无水乙醇混合后，进行水热反应，得到非金属表面等离子体三氧化钨纳米线束材料。在本专利技术中，所述六氯化钨和无水乙醇的用量比为30～600mg:30mL，优选为50～550mg:30mL，更优选为100～500mg:30mL，更进一步优选为150～450mg:30mL。本专利技术优选将六氯化钨和无水乙醇的用量控制在上述范围内，有利于制备得到氧空穴含量高的三氧化钨纳米线，进而有利于提高其催化活性。本专利技术优选先将六氯化钨和无水乙醇搅拌混合，得到透明黄色前驱体溶液，然后再将此透明黄色前驱体溶液转移至水热反应釜中，进行水热反应。在本专利技术中，所述水热反应的温度优选为140～180℃，更优选为160～170℃；时间优选为18～30h，更优选为24～26h。本专利技术在水热反应过程中，六氯化钨与乙醇发生复杂反应，其中产品表面氧空穴的形成过程如下所示：xWCl6+xCH3CH2OH→WCl6-x(OC2H5)x+xHCl由上述反应式可知，在水热反应过程中生成了盐酸，盐酸会带走样品表面一部分氧原子形成含有氧空穴的三氧化钨，氧空穴含量越高，自由电子浓度越高进而形成表面等离子体。水热反应完成后，六氯化钨转化成三氧化钨。水热反应完成后，本专利技术优选将水热反应得到的混合料液冷却至室温，然后依次经离心、固体洗涤和烘干处理，得到非金属表面等离子体三氧化钨纳米线束材料。在本专利技术中，所述离心的转速优选为6000r/min，离心的时间优选为15min；所述固体洗涤用洗涤剂优选为无水乙醇；所述烘干的温度优选为60℃，时间优选为12h。本专利技术还提供了上述技术方案所述方法制备得到的非金属表面等离子体三氧化钨纳米线束材料，所述非金属表面等离子体三氧化钨纳米线束材料的氧空穴含量为17％～28％；所述非金属表面等离子体三氧化钨纳米线束材料的直径优选为2～20nm，进一步优选为5～20nm，更优选为8～20nm，长度优选为100～800nm，进一步优选为300～800nm，更优选为400～800nm。本专利技术还提供了上述技术方案所述非金属表面等离子体三氧化钨纳米线束材料在催化乙醇制备乙烯反应中的应用。在本专利技术中，所述应用的方法优选包括以下步骤：将所述非金属表面等离子体三氧化钨纳米线束材料与无水乙醇混合后，在保护气氛条件下进行光照，得到乙烯。本专利技术优选先将三氧化钨纳米线束材料与部分无水乙醇超声混合，置于反应器中，通入保护气体排空空气，然后再加入剩余的无水乙醇，在光照条件下进行催化反应。在本专利技术中，所述保护气氛优选包括氮气气氛和/或氩气气氛。在本专利技术中，所述三氧化钨纳米线束材料和无水乙醇的用量比优选为5mg:1～5mL，更优选为5mg:2～4mL。在本专利技术中，所述光照用光的波长优选为190～400nm、400～800nm、8本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种非金属表面等离子体三氧化钨纳米线束材料的制备方法，包括以下步骤：/n将六氯化钨和无水乙醇混合后，进行水热反应，得到非金属表面等离子体三氧化钨纳米线束材料；所述六氯化钨和无水乙醇的用量比为30～600mg:30mL。/n

【技术特征摘要】
1.一种非金属表面等离子体三氧化钨纳米线束材料的制备方法，包括以下步骤：
将六氯化钨和无水乙醇混合后，进行水热反应，得到非金属表面等离子体三氧化钨纳米线束材料；所述六氯化钨和无水乙醇的用量比为30～600mg:30mL。


2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述水热反应的温度为140～180℃，时间为18～30h。


3.权利要求1或2所述方法制备得到的非金属表面等离子体三氧化钨纳米线束材料，其特征在于，所述非金属表面等离子体三氧化钨纳米线束材料的氧空穴含量为17％～28％。


4.根据权利要求3所述的非金属表面等离子体三氧化钨纳米线束材料，其特征在于，所述非金属表面等离子体三氧化钨纳米线束材料的直径为2～20nm，长度为100～800nm。...

【专利技术属性】
技术研发人员：李娟，娄在祝，陈冠英，
申请(专利权)人：暨南大学，
类型：发明
国别省市：广东;44