一种WO3纳米片层材料的制备方法

1.一种WO3纳米片层材料的制备方法，是采用一步简单的水热法，其特征在于，包括步骤如下：
（1）清洗FTO衬底，去除FTO衬底表面沾污层，得到清洁的FTO衬底，UV紫外灯下臭氧处理
15 30分钟，然后置于干燥箱中进行60℃干燥处理；
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（2）按照去离子水和16M HNO3溶液的体积比为1:1配制HNO3反应液a；
（3）将Na2WO4·2H2O粉末加入去离子水中，配置成物质的量浓度为0.023~0.024mol/L的钨酸钠溶液；
（4）在步骤（3）所得溶液中滴加HNO3反应液a以调控钨酸钠溶液的pH值至1 1.5；
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（5）将与Na2WO4·2H2O摩尔投料比例为1:10~1:40的草酸以及1:3~1:6的(NH4)2SO4分别加入步骤（4）中所得溶液中，充分搅拌获得最终反应前驱溶液；
（6）将步骤（1）中的FTO衬底放置于内衬为聚四氟乙烯的高压反应釜中，并注入步骤（5）所得前驱溶液，采用水热合成反应法，保持180℃反应8小时，然后自然冷却至室温；
（7）反应结束后将导电玻璃取出，分别用去离子水和无水乙醇反复清洗至中性，然后于干燥箱中进行60℃干燥处理，即获得多纳米片层WO3阵列材料。

一种WO3纳米片层材料的制备方法\n技术领域：\n[0001] 本发明属于纳米材料制备技术领域，特别涉及一种一种WO3纳米片层材料的制备方法。该材料在光催化降解、光解水制氢、制备太阳能电池电极、电致变色薄膜、光致变色薄膜、气敏传感器等方面具有广泛的应用前景。\n背景技术：\n[0002] WO3是一种重要的半导体材料，在光致变色、电致变色、光催化降解、气敏元件、太阳能电池等方面具有广泛应用，作为典型的n型半导体一直备受关注。这些方面的性能在很大程度上取决于WO3纳米结构单元的尺寸、形貌及其组装的纳米结构,正是由于材料的结构在其性能中的决定性作用。\n[0003] WO3纳米阵列制备方法有很多，文献中报道的有热蒸发法、溶胶凝胶制备法、化学方法等。热蒸发法需要900～1000℃的高温，生长工艺条件苛刻，设备要求高，可重复性差；\n溶胶凝胶制备法制备过程简单，但直接在基底材料上生长的报道较少，且很难得到阵列有序的纳米结构；化学方法在基底表面生长的纳米结构附着力较弱，从而限制其应用；而本方法使用的一步水热法较为简单，设备要求低，产物纯净，可重复性好也适合大规模生产，可以直接在导电玻璃基地上生长有序的WO3纳米片层阵列。\n[0004] WO3纳米片层阵列材料与普通WO3材料相比具有更大的优势。首先，WO3纳米片层阵列具有较大的比表面积，能为粒子之间提供更多的电接触，增加了电子传输速率，提高了催化活性。其次，WO3纳米片层阵列致密有序，避免了普通WO3材料内部较多的缺陷，减少复合。\n另外，本方法制备的WO3纳米片层阵列直接在FTO上生长出来的，与导电基底的接触更好，电子注入和传输速率更快，因而提高材料的性能。因此，多纳米片层WO3阵列材料具有很广阔的应用前景。\n发明内容：\n[0005] 本发明在于提供一种多纳米片层WO3阵列材料的制备方法。\n[0006] 一种多纳米片层WO3阵列材料的制备方法，是采用一步简单的水热法，将FTO作为生长衬底，以Na2WO4·2H2O为原料，草酸和(NH4)2SO4为稳定剂，然后滴加HNO3调控前驱溶液pH值为1～1.5。该方法的具体步骤如下：\n[0007] (1)清洗导电玻璃衬底，去除导电玻璃衬底表面沾污层，得到清洁的导电玻璃衬底，UV紫外灯下臭氧处理15～30分钟，形成亲水表面，然后置于干燥箱中进行60℃干燥处理；\n[0008] (2)按照去离子水和16mol/LHNO3溶液的体积比为1:1配制HNO3反应液a；\n[0009] (3)将Na2WO4·2H2O粉末加入去离子水中，配置成物质的量浓度为0.023～\n0.024mol/L的钨酸钠溶液；\n[0010] (4)在步骤(3)所得溶液中滴加HNO3反应液a以调控钨酸钠溶液的pH值至1～1.5；\n[0011] (5)将与Na2WO4·2H2O摩尔投料比例为1:10～1:40的草酸以及1:3～1:6的(NH4)\n2SO4分别加入步骤(4)中所得溶液中，充分搅拌获得最终反应前驱溶液；\n[0012] (6)将步骤(1)中的导电玻璃衬底放置于内衬为聚四氟乙烯的高压反应釜中，并注入步骤(5)所得前驱溶液，采用水热合成反应法，保持180℃反应8小时，然后自然冷却至室温；\n[0013] (7)反应结束后将导电玻璃取出，分别用去离子水和无水乙醇反复清洗至中性，然后于干燥箱中进行60℃干燥处理，即获得多纳米片层WO3阵列材料。\n[0014] 整个反应过程的的化学反应式可以表示如下：\n[0015] Na2WO4+2H+→H2WO4+2Na+\n[0016] H2WO4→WO3+H2O\n[0017] 本发明具有如下优点：\n[0018] 本发明的方法制作工艺简单，制备出的WO3纳米阵列形貌均匀、尺寸一致，且直接生长于FTO衬底上，与导电基底形成更好的导电通道，更利于电子的传输。\n附图说明：\n[0019] 图1是多纳米片层WO3阵列材料的扫描电镜图\n具体实施方式：\n[0020] (1)清洗FTO衬底：利用丙酮超声清洗10min，然后用无水乙醇和去离子水超声清洗各20min。去除FTO表面沾污层，得到清洁的FTO衬底，UV紫外灯下臭氧处理15分钟，然后放入干燥箱中进行60℃干燥处理。所用超纯水电阻率需在16Ω·cm以上；\n[0021] (2)分别量取去离子水和16mol/L的HNO3溶液各20ml放入50ml烧杯中，磁力搅拌\n10min均匀分散后得到澄清反应液a；\n[0022] (3)量取30ml去离子水放入100ml烧杯中，并用电子天平称取0.231g的NaWO3·2H2O加入到去离子水中，磁力搅拌10min至充分溶解；\n[0023] (4)使用pH计监测步骤(3)中溶液的pH，并缓慢滴加反应液a，直至溶液pH在1～1.5范围内，此时溶液产生黄色沉淀；\n[0024] (5)用电子天平称取1.26g的草酸加入到上述溶液中，磁力搅拌5min，再用电子天平称取0.32g的(NH4)2·SO4加入到溶液中，磁力搅拌10min至沉淀溶解；\n[0025] (6)将去离子水加入到沉淀溶解后的溶液，并将溶液定容至70ml，充分均匀搅拌获得反应前驱溶液；\n[0026] (7)将步骤(1)中的导电玻璃直立固定放入内衬为聚四氟乙烯的50ml高压反应釜中，取步骤(6)中前驱溶液40ml缓慢注入高压反应釜中，180℃反应8小时，然后自然冷却至室温；\n[0027] (8)取出FTO，将反应后的沉淀于FTO上的残留物用去离子水及无水乙醇冲洗干净，在FTO玻璃上可见一层淡黄色的氧化钨膜，然后在60℃干燥箱中进行干燥处理6小时，即在FTO上制得多纳米片层WO3阵列材料。加入的草酸和钨酸形成了络合物，因而抑制了沉淀的产生，加入的硫酸钠促进了WO3向阵列方向生长。所制得的WO3纳米片阵列材料如图1所示。