本发明专利技术公开了一种钨基三氧化钨纳米薄膜材料及其制备方法和应用。所述纳米薄膜材料在金属钨片的基底上形成有定向生长、高度有序的三氧化钨纳米薄膜，其制备方法是，首先将钨片进行氧化处理以形成细小的WO3晶种，然后采用水热反应，通过聚乙二醇晶体生长导向剂及晶体生长材料钨酸钠的作用在金属钨基表面定向生长WO3晶体，从而形成高度有序、与基底结合牢固的钨基三氧化钨纳米薄膜材料。本发明专利技术具有比表面积大、光电催化性能、电子传输性能和传感性能优异、结构稳定和使用寿命长的优点，可广泛应用于光催化降解有机物、光电催化降解有机物和分解水产氢、光电催化COD传感器、pH传感器和气体传感器等领域。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种纳米材料，具体涉及一种钨基三氧化钨纳米薄膜材料及其制备方法和应用，属于纳米材料及应用
技术介绍
近年来，三氧化钨(WO3)纳米薄膜材料的研究引起了越来越多的关注。WO3是一种n-型半导体材料，其禁带宽度较窄(2. 4-2. 8eV),能够响应可见光，并且具有与TiO2光催化剂相似的特点，即稳定、无毒、耐光蚀、成本低且价带电势高(Evb+3. r3. 2VraE)、光生空穴氧化能力强(见J. Am. Chem. Soc.，2001，123，10639)。三氧化钨薄膜具有光电催化性能和传感性能，能够用于光电催化降解有机物、光电催化分解水产氢和pH、CH4, NO2传感器等。然而三氧化钨薄膜的微观结构决定着三氧化钨薄膜的光电催化性能和传感性能以及 使用寿命。现有的三氧化钨纳米薄膜的制备方法主要是通过水热化学的方法制备，具有代表性的水热化学制备方法，见美国Grimes (Nano Lett. , 2011,11, 203),日本Amano (Chem.Commun.，2010，46，2769)和土耳其 Sun (ACS Appl. Mater. Interfaces, 2011，3，229)等人专利技术的文章，其主要制备步骤包括(1)以导电玻璃为基底材料和电信号传递基体，(2)在导电玻璃基底上涂覆一层钨酸胶体溶液并经烧结得到三氧化钨晶种，(3)将载有三氧化钨晶种的导电玻璃放入钨的化合物的溶液中在高温条件下进行水热化学反应，反应后凉干，材料经高温烧结后得到导电玻璃基三氧化钨纳米薄膜。然而在现有水热化学制备方法中，由于基底米用导电玻璃，导电玻璃与WO3之间为不同兀素物质之间的结合,属于非自然结合，相互间结合力差，特别是当受到机械外力作用时，或者当环境温度发生变化时，因材料膨胀系数不同，会导致内应力发生变化，从而使得WO3与导电玻璃基体间发生开裂或断裂，甚至造成WO3薄膜与导电玻璃基底的剥离。这种不同元素间非自然结合的薄膜，电荷(包括电子、光生电子、空穴)传输慢、易发生电荷复合，会严重影响材料的光电催化性能、电化学性能以及传感性能等，并影响其应用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术的不足，提供一种与基底具有同种元素自然结合的钨基三氧化钨(w/wo3)纳米薄膜材料，其催化活性或传感性能高且性能稳定，同时提供该钨基三氧化钨纳米薄膜材料的制备方法及应用。为实现上述目的，本专利技术采用下列技术方案以解决其技术问题一种钨基三氧化钨纳米薄膜材料，其在金属钨片的基底上形成有定向生长、高度有序的三氧化钨纳米薄膜。所述三氧化钨纳米薄膜的形貌微观结构为纳米片、纳米条、纳米花或微米块。所述纳米薄膜材料经公知的薄膜修饰技术进行修饰；所述薄膜修饰技术是采用Fe3+、Cu2+或Zn2+的阳离子修饰法，或者是采用Pt或Ag沉积的贵金属修饰法，或者是采用CdS的半导体复合法，或者是采用Pi-Co复合物的析氧催化剂复合法。一种用于所述钨基三氧化钨纳米薄膜材料的制备方法，将打磨和清洗干净的钨片晾干后，置入马弗炉，控制温度在450-650°C煅烧30min，在金属钨表面形成一层冊3细小颗粒作为后续晶体生长的晶种；将附有WO3晶种的钨片浸入水热反应体系，该水热反应体系含有体积分数为5 15%分子量为200-400的聚乙二醇作为晶体生长导向剂和浓度为0. 01-0. 03mol/L的钨酸钠溶液作为晶体生长的材料，反应容器内壁为聚四氟乙烯材料，将反应溶液用盐酸调节pH值至1.0 2.0，控制反应温度为16(T200°C，反应时间为2_8h，即完成三氧化钨在基底钨表面的定向生长；将钨基三氧化钨反应产物取出，用蒸馏水反复浸泡以去除产物表面的残留物，然后晾干，置入马弗炉，在450-6500C煅烧180min，即完成钨基三氧化钨纳米薄膜材料的制备。一种所述钨基三氧化钨纳米薄膜材料的应用，其用于光催化、光电催化、COD传感器、PH传感器或气体传感器领域。本专利技术所述的钨基三氧化钨纳米薄膜材料与现有导电玻璃基三氧化钨薄膜材料相比，具有基底与氧化钨之间结合牢固、结构稳定的优点，并且光电催化性能、电子传输性能和传感性能好，同时具有良好的机械稳定性和使用寿命，可广泛应用于光催化降解有机 物、光电催化降解有机物和分解水产氢、光电催化COD传感器、pH传感器和气体传感器等领域。本专利技术提供的钨基三氧化钨纳米薄膜材料制备方法与现有玻璃基WO3纳米薄膜材料制备方法相比有明显的优点一方面，本专利技术通过在金属钨片表面的直接氧化，生成WO3细小颗粒层作为后续水热化学反应中晶体生长的晶种，而这种晶种以及所生长的晶体与金属钨之间属于同元素W之间的结合，相互之间具有自然结合属性，基底与氧化钨之间结合牢固，晶体容易调控生长，基底与晶体间电子传输阻力小、传输快；另一方面，本专利技术所述制备方法在水热化学反应体系中加入了晶体生长导向剂聚乙二醇，因而能够调控纳米晶体定向有序生长，达到了形成的薄膜整齐有序、比表面积大、结构稳定的有益效果。附图说明图I是本专利技术所述钨基三氧化钨纳米薄膜材料的各种形貌微观结构的电镜图。图IA是实施例I得到的W/W03纳米条阵列薄膜材料的电镜图。图IB是实施例2得到的W/W03纳米片阵列薄膜材料的电镜图。图IC是实施例3得到的W/W03纳米花薄膜材料的电镜图，单个纳米花由纳米片构成。图ID是实施例4得到的W/W03微米块阵列薄膜材料的电镜图。图2是实施例3得到的W/W03纳米花薄膜材料，在AMl. 5 (100mff/cm2)照射下，在0. lmol/L硫酸钠电解质中的线性伏安曲线。图3是实施例3得到的W/W03m米花薄膜材料，在AMI. 5 (100mW/cm2)照射下，在0. lmol/L硫酸钠电解质中的，控制电压为0. 5V的I-t曲线。具体实施例方式本专利技术所述钨基三氧化钨纳米薄膜材料是在金属钨片的基底上形成有定向生长、高度有序的三氧化钨纳米薄膜，该薄膜的形貌微观结构为纳米片、纳米条、纳米花或微米块。该纳米薄膜材料经过公知的薄膜修饰技术进行修饰；所述薄膜修饰技术是采用Fe3+、Cu2+或Zn2+的阳离子修饰法，或者是采用Pt或Ag沉积的贵金属修饰法，或者是采用CdS的半导体复合法，或者是采用Pi-Co复合物的析氧催化剂复合法。所述钨基三氧化钨纳米薄膜材料的制备方法是，将打磨和清洗干净的钨片晾干后，置入马弗炉，控制温度在450-650°C煅烧30min，在金属钨表面形成一层WO3细小颗粒作为后续晶体生长的晶种；将附有WO3晶种的钨片浸入水热反应体系，该水热反应体系含有体积分数为5 15%分子量为200-400的聚乙二醇作为晶体生长导向剂和浓度为0. 01-0. 03mol/L的钨酸钠溶液作为晶体生长的材料，反应容器内壁为聚四氟乙烯材料，将反应溶液用盐酸调节pH值至1.0 2.0，控制反应温度为16(T200°C，反应时间为2_8h，即完成三氧化钨在基底钨表面的定向生长；将钨基三氧化钨反应产物取出，用蒸馏水反复浸泡以去除产物表面的残留物，然后晾干，置入马弗炉，在450-650°C煅烧180min，即完成钨基三氧化钨纳米薄膜材料的制备。通过本专利技术所述方法制备的钨基三氧化钨纳米薄膜材料，其金属钨基底与三氧化钨晶种、晶体之间为同一元素之间的结合，属于自然结本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种钨基三氧化钨纳米薄膜材料，其特征在于，在金属钨片的基底上形成有定向生长、高度有序的三氧化钨纳米薄膜。2.根据权利要求I所述的钨基三氧化钨纳米薄膜材料，其特征在于，所述三氧化钨纳米薄膜的形貌微观结构为纳米片、纳米条、纳米花或微米块。3.根据权利要求I所述的鹤基三氧化鹤纳米薄膜材料，其特征在于，所述纳米薄膜材料经公知的薄膜修饰技术进行修饰。4.根据权利要求3所述的钨基三氧化钨纳米薄膜材料，其特征在于，所述薄膜修饰技术是采用Fe3+、Cu2+或Zn2+的阳离子修饰法。5.根据权利要求3所述的钨基三氧化钨纳米薄膜材料，其特征在于，所述薄膜修饰技术是采用Pt或Ag沉积的贵金属修饰法。6.根据权利要求3所述的钨基三氧化钨纳米薄膜材料，其特征在于，所述薄膜修饰技术是采用CdS的半导体复合法。7.根据权利要求3所述的钨基三氧化钨纳米薄膜材料，其特征在于，所述薄膜修饰技术是采用Pi-Co复合物的析氧催化剂复合法。8.一种用于权利要求I所述的钨基三...
【专利技术属性】
技术研发人员：周保学，陈全鹏，李金花，刘强，李健勇，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：
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