一种合成海胆状氧化钨的方法与流程

本发明涉及纳米材料及光催化技术领域，具体涉及一种合成海胆状氧化钨的方法。

背景技术：

随着化石能源燃料的日益短缺和环境污染的加剧，光催化技术受到前所未有的关注。主要表现在太阳能的转化、储存和对环境中有机污染物的降解。光催化技术的进步则主要依赖于半导体材料的功能发挥。在众多的光电阳极材料中，氧化钨被认为是有前景的候选材料，因为它有适宜光吸收的禁带宽度(2.5–2.8eV)，高的电子迁移率12cm²V^-1S^-1和酸性溶液中抗光腐蚀特性。已有研究表明：高的氧缺陷、大的比表面积、活性晶面的裸露、复合半导体异质结等均可提高氧化钨材料的光催化性能。其中有很多尝试改变氧化钨的形貌来提高光催化活性，形成纳米棒、纳米花、纳米球、纳米线、纳米片等具有大的比表面积的纳米材料，其中花状、团状结构具有更大的比表面积，更有利于提高氧化钨对反应物的吸附能力；另一方面，在形成过程中尽可能制造更多的氧缺陷。但是，在制备过程中为了获得可控的形貌，经常会使用一些表面活性剂，这些表面活性剂残留在氧化钨的表面，会影响其性能的发挥，而采用高温法去除又很容易破坏纳米结构，因此需要材料工作者开发更加可控、无毒、无污染、成本低易得的合成氧化钨催化剂的方法。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种合成海胆状氧化钨的方法，该方法制备的氧化钨具有高的比表面积，而且形貌可控。

本发明所采用的技术方案是，一种合成海胆状氧化钨的方法，具体步骤如下：

步骤1，将W粉加入H₂O₂中，同时加入少量去离子水，水浴至W粉完全溶解；

步骤2，将步骤1得到的溶液静置后，加入NaCl搅拌均匀；

步骤3，将步骤2得到的溶液移至反应釜中，然后将反应釜放置箱式热处理炉中进行水热反应；

步骤4，经步骤3水热反应后取出空冷至室温；一起取出沉淀及上层清夜，离心，分别用去离子水和酒精清洗2-3次；

步骤5，将步骤4清洗后的粉末放在干燥箱中，在60℃进行干燥，获得浅绿色的氧化钨粉末。

本发明的特点还在于，

步骤1中W粉的粒径为6-8μm，H₂O₂浓度为30％。

步骤1中水浴温度为60-70℃，时间为30-40min。

步骤2中静置时间为24-72h。

步骤2中NaCl的量控制在W与Cl^-的摩尔比为1:1。

步骤3中水热反应的温度为180℃，保温时间8-12h。

步骤4中离心转速为7000-9000转/分钟，每次离心时间20-30分钟。

本发明的有益效果是，本发明合成海胆状氧化钨的方法，以钨粉、过氧化氢、氯化钠为原材料，采用简单的水热方法合成由纳米板、片组装成海胆状的球形氧化钨。制备过程中没有使用机溶剂控制形貌，后续不需要加热除去有机溶剂从而会改变形貌，影响性能；获得的海胆状的氧化钨结晶度好，比表面积高，无毒、无污染、成本低，可望在光催化降解废水、光解水等领域有良好的应用前景。

附图说明

图1是本发明合成方法得到的氧化钨粉末的XRD图；

图2是本发明合成方法得到的氧化钨粉末的SEM形貌图；

图3是图2的放大图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明合成海胆状氧化钨的方法，以钨粉、过氧化氢、氯化钠为原材料，采用简单的水热方法合成由纳米板、片组装成海胆状的球形氧化钨。

具体按照以下步骤实施：

步骤1，将粒径为6-8μmW粉加入到浓度为30％H₂O₂中，同时加入少量去离子水，60-70℃水浴30-40min至W粉完全溶解；

步骤2，将步骤1得到的溶液静置24-72小时后，加入NaCl搅拌均匀，NaCl的量控制在W与Cl^-的摩尔比为1:1；

步骤3，将步骤2得到的溶液移至反应釜中，然后将反应釜放置箱式热处理炉中在180℃下水热反应8-12h；

步骤4，经步骤3水热反应后取出空冷至室温；一起取出沉淀及上层清夜，离心，离心转速为7000-9000转/分钟，每次离心时间20-30分钟，分别用去离子水和酒精清洗2-3次；

步骤5，将步骤4清洗后的粉末放在干燥箱中，在60℃进行干燥，获得浅绿色的氧化钨粉末。

本发明方法合成的氧化钨粉末的比表面积在30-34m²/g，粉末的XRD测试结果如图1所示，从XRD结果可知，获得的粉末为单一的水合氧化钨，因没有使用有机溶剂，没有其它杂相。图2为本发明方法合成的氧化钨粉末的SEM形貌，图3为图2的放大图。从图2和图3可以看出，氧化钨粉末是由纳米板、片组装成海胆状的球形氧化钨，氧化钨结晶度好。

实施例1

将0.56g(6-8μm)W粉溶于10ml 30％的H₂O₂中，然后加入1ml去离子水，搅拌，在60℃水浴40分钟至完全溶解，然后将其用塑料薄膜封闭，静置24小时。按照W:Cl的摩尔比为1:1，加NaCl后，PH值为1.9。然后将其放入聚四氟乙烯为内胆的不锈钢反应釜中，再将反应釜放入箱式热处理炉中在180℃保温8h，保温结束后取出空冷。冷却到室温后，在离心机上以每分钟9000转的转速离心20min，分别用去离子水和酒精清洗2次，然后在干燥箱中60℃下进行干燥后，获得浅绿色海胆状氧化钨粉末。

实施例2

将0.28g(6-8μm)W粉溶于5ml 30％的H₂O₂中，然后加入0.5ml去离子水，搅拌，在70℃水浴30分钟至完全溶解，然后将其用塑料薄膜封闭，静置48小时。按照W:Cl的摩尔比为1:1，加NaCl后，PH值为2.2。然后将其放入聚四氟乙烯为内胆的不锈钢反应釜中，在将反应釜放入箱式热处理炉中在180℃保温10h，保温结束后取出空冷。冷却到室温后，在离心机上以每分钟8000转的转速离心25min，分别用去离子水和酒精清洗3次，然后在干燥箱中在60℃进行干燥后，获得具有明显氧缺陷的浅绿色海胆状氧化钨粉末。

实施例3

将0.56g(6-8μm)W粉溶于10ml 30％的H₂O₂中，然后加入1ml去离子水，搅拌，在60℃水浴30分钟至完全溶解，将其用塑料薄膜封闭，静置72小时。按照W:Cl的摩尔比为1:1加NaCl，PH值为0.87。然后将其放入聚四氟乙烯为内胆的不锈钢反应釜中，在将反应釜放入箱式热处理炉中在180℃保温12h，保温结束后取出空冷。冷却到室温后，在离心机上以每分钟7000转的转速离心30min，分别用去离子水和酒精清洗3次，然后在干燥箱中在60℃进行干燥后，获得具有明显氧缺陷的浅绿色海胆状氧化钨粉末。