一种超高比表面积氧化钨纳米球的制备方法

本发明涉及一种纳米氧化物球的制备方法，尤其涉及一种超高比表面积氧化钨纳米球的制备方法。

背景技术：

1、氧化钨是一种具有特殊隧道结构、多氧化态、化学稳定性好的新型半导体材料，目前已在光学、催化、能量存储、气体检测等领域得到广泛应用(huang z f,song j,pan l,etal.tungsten oxides for photocatalysis,electrochemistry,and phototherapy[j].advanced materials,2015,27(36):5309-27)。比表面积对氧化钨的性能具有显著影响。在能量存储领域，高比表面积的氧化钨电极具有更为优异的比电容(shinde p a,jun sc.review on recent progress in the development of tungsten oxide basedelectrodes for electrochemical energy storage[j].chemsuschem,2020,13(1):11-38)。在工业生产领域，高比表面积的氧化钨具有优异的化学活性，还原速度快，不仅有利于制备掺杂钨丝，而且能够显著提高钨粉的生产效率(schubert w d,lassner e.productionand characterization of hydrogen-reduced submicron tungsten powders—part 1:state of the art in research,production and characterization of raw materialsand tungsten powders[j].international journal of refractory metals and hardmaterials,1991,10(3):133-41)。

2、目前氧化钨的合成方法以溶剂热为主，该方法在制备过程中需要高温高压条件，且制备得到的形貌不可控，比表面积多在200m2/g以下(novakt g,kim j,desario p a,etal.synthesis and applications of wo3 nanosheets:the importance of phase,stoichiometry,and aspect ratio[j].nanoscale advances,2021,3(18):5166-82)。

3、因此，合理调控氧化钨的合成条件，制备具有高比表面积的氧化钨，对氧化钨的工业化应用具有重要意义。

技术实现思路

1、发明目的：本发明的目的是提供一种流程简单、条件温和的超高比表面积氧化钨纳米球的制备方法。

2、技术方案：本发明所述的超高比表面积氧化钨纳米球的制备方法，包括以下步骤：

3、(1)制备碳纳米球粉末；

4、(2)分别将氯化钨粉末和碳纳米球粉末分散到有机溶剂中得到分散液，然后将氯化钨分散液逐滴加入到碳纳米球分散液中得到混合液，静置；

5、(3)将静置后的混合液进行离心、干燥，将干燥后的产物煅烧，得到所述超高比表面积氧化钨纳米球粉末。

6、其中，步骤(1)中，将碳源在水热条件下制备得到碳纳米球粉末；所述水热的温度为180-220℃，时间为8-10h；在上述温度和时间下，制得直径为100-200nm，尺寸均一的碳纳米球。

7、其中，步骤(1)中，所述碳源为葡萄糖、盐酸多巴胺或苯胺中的至少一种。

8、其中，步骤(2)中，所述有机溶剂为二甲基甲酰胺、乙腈、二甲基苯胺中的至少一种。

9、其中，步骤(2)中，所述静置温度为25-60℃，静置时间为24-48h，在上述温度和时间下，氯化钨和碳纳米球形成良好包覆。

10、其中，步骤(3)中，所述煅烧温度为450-650℃，保温时间为2-6h，在上述温度和时间下，碳纳米球分解，氯化钨转化为氧化钨纳米球。

11、上述方法制备得到的氧化钨纳米球的直径为50-60nm，比表面积高达500-520m2/g，孔容积为0.07-0.1cm3/g。

12、发明原理：本发明选用氯化钨作为钨前驱体，氯化钨中的钨阳离子与碳纳米球表面的羟基相互吸引，实现良好的包覆效果，避免氧化钨的团聚，有利于得到具有规则孔结构的形貌和高比表面积。本发明选用二甲基甲酰胺、乙腈、二甲基苯胺中的一种或多种作为溶剂，可以通过配位作用有效减缓钨前驱体的水解，从而避免氧化钨形貌破坏和比表面积下降。而选用配位能力更强的二甲基甲酰胺作为溶剂，可以进一步稳定氧化钨的形貌，提升比表面积。

13、有益效果：本发明与现有技术相比，取得如下显著效果：(1)本发明制备的氧化钨纳米球具有500-520m2/g的超高比表面积，远高于现有技术中报道的比表面积在200m2/g以下的介孔氧化钨；制备流程简单，条件温和，可重复性好。(2)本发明制得的超高比表面积氧化钨纳米球具有良好的比电容，在超级电容器等领域具有广泛的应用前景。

技术特征：

1.一种超高比表面积氧化钨纳米球的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种超高比表面积氧化钨纳米球的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述有机溶剂为二甲基甲酰胺、乙腈、二甲基苯胺中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的一种超高比表面积氧化钨纳米球的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述静置的温度为25-60℃。

4.根据权利要求1所述的一种超高比表面积氧化钨纳米球的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述静置的时间为24-48h。

5.根据权利要求1所述的一种超高比表面积氧化钨纳米球的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述氯化钨分散液的浓度为0.02-0.05mol/l。

6.根据权利要求1所述的一种超高比表面积氧化钨纳米球的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述碳纳米球分散液的浓度为0.4-0.8mmol/l。

7.根据权利要1所述的超高比表面积氧化钨纳米球的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，将碳源在水热条件下制备得到碳纳米球粉末。

8.根据权利要7所述的超高比表面积氧化钨纳米球的制备方法，其特征在于，所述水热的温度为180-220℃，时间为8-10h。

9.根据权利要7所述的超高比表面积氧化钨纳米球的制备方法，其特征在于，所述碳源为葡萄糖、盐酸多巴胺或苯胺中的至少一种。

10.根据权利要求1所述的一种超高比表面积氧化钨纳米球的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述煅烧温度为450-650℃，保温时间为2-6h。

技术总结
本发明公开了一种超高比表面积氧化钨纳米球的制备方法，包括以下步骤：(1)制备碳纳米球粉末；(2)分别将氯化钨粉末和碳纳米球粉末分散到有机溶剂中得到分散液，然后将氯化钨分散液逐滴加入到碳纳米球分散液中得到混合液，静置；(3)将静置后的混合液进行离心、干燥，将干燥后的产物煅烧，得到所述超高比表面积氧化钨纳米球粉末。本发明制备的氧化钨纳米球具有500‑520m<supgt;2</supgt;/g的超高比表面积，远高于现有技术中报道的比表面积在200m<supgt;2</supgt;/g以下的介孔氧化钨；制备流程简单，条件温和，可重复性好；具有良好的比电容，在超级电容器等领域具有广泛的应用前景。

技术研发人员：孙正明,李洋,张培根,杨莉,许雪芹
受保护的技术使用者：东南大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13