无模板制备水合氧化钨纳米棒阵列的方法

摘要

本发明公开了一种无模板制备水合氧化钨纳米棒阵列的方法，包括将去离子水与无水乙醇混合搅拌配成反应溶剂后先加入Na2WO4·2H2O固体搅拌，再加入草酸固体搅拌，最后调节溶液PH至强酸性；将所得溶液经水热法制得水合氧化钨纳米棒阵列；实现无模板条件下水合氧化钨纳米棒阵列的制备，简化工艺流程，通过该方法制得具有特殊纳米棒阵列结构的水合氧化钨纳米棒阵列，具有更加优异的物理化学性能，且该方法不需要经过高温、煅烧之类的前处理，合成温度较低，从而减少了能耗和反应成本。

权利要求

1.一种无模板制备水合氧化钨纳米棒阵列的方法，其特征在于:包括以下步骤：

a.将去离子水与无水乙醇混合搅拌配成反应溶剂后先加入Na2WO4·2H2O固体搅拌，再加入草酸固体搅拌，最后用硝酸溶液调节混合溶液pH至0.5-1.5；

b.将步骤中a中的所得溶液经水热法制得水合氧化钨纳米棒阵列。

2.根据权利要求1所述的无模板制备水合氧化钨纳米棒阵列的方法，其特征在于:步骤a中，所述Na2WO4·2H2O固体与草酸固体的摩尔比为1:1.5～3。

3.根据权利要求2所述的无模板制备水合氧化钨纳米棒阵列的方法，其特征在于:所述Na2WO4·2H2O固体与草酸固体的摩尔比为1:2。

4.根据权利要求1所述的无模板制备水合氧化钨纳米棒阵列的方法，其特征在于:步骤a中，所述Na2WO4·2H2O用量为小于Na2WO4·2H2O在反应溶剂中的饱和溶解度值的一半，大于Na2WO4·2H2O在反应溶剂中的饱和溶解度值的八分之一。

5.根据权利要求1所述的无模板制备水合氧化钨纳米棒阵列的方法，其特征在于:步骤a中，所述无水乙醇与去离子水的体积比为1:1.5～2。

6.根据权利要求5所述的无模板制备水合氧化钨纳米棒阵列的方法，其特征在于:所述无水乙醇与去离子水的体积比为1:1.8。

7.根据权利要求1所述的无模板制备水合氧化钨纳米棒阵列的方法，其特征在于:步骤a中，调节混合液pH＝1。

8.根据权利要求1-7任一权利要求所述的无模板制备水合氧化钨纳米棒阵列的方法，其特征在于:步骤a中，先加入Na2WO4·2H2O固体搅拌20～40分钟后再加入草酸固体搅拌20～40分钟。

9.根据权利要求1所述的无模板制备水合氧化钨纳米棒阵列的方法，其特征在于:步骤b中，将步骤a中所得溶液在水热釜中，在温度为180～220℃之间 加热，冷却后经离心处理和洗涤处理，在60～80℃温度范围内干燥10～30小时，制得水合氧化钨纳米棒阵列。

10.根据权利要求9所述的无模板制备水合氧化钨纳米棒阵列的方法，其特征在于:在温度为200℃时加热，冷却后经离心处理和洗涤处理6-8次，在温度为70℃时干燥20小时。

说明书

无模板制备水合氧化钨纳米棒阵列的方法

技术领域

[0001] 本发明涉及纳米材料技术领域，特别涉及一种无模板制备水合氧化钨纳米棒阵列的方法。

背景技术

[0002] 三氧化钨的晶体结构属于ReO3型，它的晶胞结构一般由8个钨离子和24个氧离子构成，而从化学计量比来看，钨和氧的比值为1：3。三氧化钨与钙钛矿ABO3结构非常相似，但是没有原子占据A位置，而钨原子占据着B的位置。理想的最小结构单元可以看成由一个钨原子和六个氧原子组成的规则的[WO6]八面体结构单元，钨离子位于八面体的中心，氧原子位于角上。所有的三氧化钨都是由这种[WO6]八面体结构单元或其畸变体组装形成，钨原子到氧原子间的平均距离为 对于不同的结构数值有一定差异。当所有的八面体结构单元通过共用角上的O原子形成三维的网状结构，即可以形成三氧化钨(WO3)。由于这种结构单元可以沿着不同的方向连接，因而可以形成[WO6]不规则连接的非晶相(a-WO3)，也可以形成其它多种晶相。在不同温度范围内，三氧化钨的稳定相依次为：低温单斜(ε-WO3)、三斜(σ-WO3)、室温单斜(γ-WO3)、正交相(β-WO3)和正方相(α-WO3)，另外也存在亚稳相的立方相和六方相的三氧化钨。理论上WO3中的W价态为其最高价态+6价，但是W作为过渡金属元素，其原子外层电子排布为5d46s2，其价态还有+2、+3、+4、+5价等，实际中的三氧化钨无法满足严格的化学计量比。另外由于在制备WO3晶体的过程中，会产生一定量的氧空位，故其表现为n型半导体。

[0003] 在不同的制备条件下，WO3还出现带有结晶水的水合物(WO3·xH2O)，根据报 道，常见水合物有四种：WO3·0.33H2O、WO3·0.5H2O、WO3·H2O、WO3·2H2O。通常这些水合物在特定的工作温度下不稳定，在一定的工作温度下会脱去水分子形成相应的WO3。具有斜方晶体结构的WO3·0.33H2O是由以下两种不同类型的[WO6]正八面体层层堆积而成：①围绕在钨原子周围的六个氧原子通过共角连接将钨氧八面体结合；②六个氧原子中仅有四个参与共顶连接，在垂直于共顶连接的赤道平面上，W＝O短键和W-OH2长键分别取代两个氧原子。WO3·0.5H2O的形成被认为是在由6个共用顶点的[WO6]组成的正八面体构造的隧道中存在一个水分子。WO3·H2O的形成是共用顶点的WO5(H2O)结构单元组成的，这种结构单元由一个H2O分子替代了[WO6]正八面轴向顶点位置的一个W原子形成，层与层之间通过H2O与另一个八面体的O原子之间的氢键作用连接。WO3·2H2O是由WO5(H2O)结构单元通过共用顶点形成层状结构，而第二个水分子夹在两层之间。现有技术中，阵列结构的制备都是需要采用模板的，工艺流程比较复杂。

发明内容

[0004] 有鉴于此，本发明的目的在于提供一种无模板制备水合氧化钨纳米棒阵列的方法，实现无模板条件下水合氧化钨纳米棒阵列的制备，简化工艺流程，通过该方法制得具有特殊纳米棒阵列结构的水合氧化钨纳米棒阵列，具有更加优异的物理化学性能，且该方法不需要经过高温、煅烧之类的前处理，合成温度较低，从而减少了能耗和反应成本。

[0005] 本发明的无模板制备水合氧化钨纳米棒阵列的方法，包括以下步骤：

[0006] a.将去离子水与无水乙醇混合搅拌配成反应溶剂后先加入Na2WO4·2H2O固体搅拌，再加入草酸固体搅拌，最后用硝酸溶液调节溶液pH至0.5-1.5；

[0007] b.将步骤中a中的所得溶液经水热法制得水合氧化钨纳米棒阵列；

[0008] 进一步，步骤a中，所述Na2WO4·2H2O固体与草酸固体的摩尔比为1:1.5～3；

[0009] 进一步，所述Na2WO4·2H2O固体与草酸固体的摩尔比为1:2；

[0010] 进一步，步骤a中，所述Na2WO4·2H2O用量为小于Na2WO4·2H2O在反应 溶剂中的饱和溶解度值的一半，大于Na2WO4·2H2O在反应溶剂中的饱和溶解度值的八分之一；

[0011] 进一步，所述无水乙醇与去离子水的体积比为1:1.5～2；

[0012] 进一步，所述无水乙醇与去离子水的体积比为1:1.8；

[0013] 进一步，步骤a中，用硝酸溶液调节混合液pH＝1；

[0014] 进一步，步骤a中，先加入Na2WO4·2H2O固体搅拌20～40分钟后再加入草酸固体搅拌20～40分钟；

[0015] 进一步，步骤b中，将步骤a中所得溶液在水热釜中，在温度为180～220℃之间加热，冷却后经离心处理和洗涤处理，在60～80℃温度范围内干燥10～30小时，制得水合氧化钨纳米棒阵列；

[0016] 进一步，在温度为200℃之间加热，冷却后经离心处理和洗涤处理6-8次，在70℃温度范围内干燥20小时。

[0017] 本发明的有益效果：本发明的无模板制备水合氧化钨纳米棒阵列的方法，实现无模板条件下水合氧化钨纳米棒阵列的制备，简化工艺流程，通过该方法制得具有特殊纳米棒阵列结构的水合氧化钨纳米棒阵列，具有更加优异的物理化学性能，且该方法不需要经过高温、煅烧之类的前处理，合成温度较低，从而减少了能耗和反应成本。

附图说明

[0018] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：

[0019] 图1为水合氧化钨纳米棒阵列的低倍扫描电镜照片；

[0020] 图2为水合氧化钨纳米棒阵列的高倍扫描电镜照片。

具体实施方式

[0021] 实施例一

[0022] a:向50ml无水乙醇中添加100ml去离子水，搅拌后向其中加入3.3g的Na2WO4·2H2O，用磁力搅拌器搅拌30分钟；向上述溶液加入2.52g草酸固体，用磁力搅拌器搅拌30分钟后用65％硝酸溶液调节pH至1；

[0023] b:将上述溶液放入水热釜中，在200℃加热后随炉冷却,再将所得溶液离心和洗涤处理8次，然后在80℃干燥30小时，即可得到水合氧化钨纳米棒阵列。

[0024] 实施例二

[0025] a:向50ml无水乙醇中添加100ml去离子水，搅拌后向其中加入4.29g的Na2WO4·2H2O，用磁力搅拌器搅拌20分钟；向上述溶液加入3.28g草酸固体，用磁力搅拌器搅拌20分钟后用硝酸溶液调节pH至1；

[0026] b:将上述溶液放入水热釜中，在180℃加热后随炉冷却。再将所得溶液离心和洗涤处理6次，然后在60℃干燥10小时，即可得到水合氧化钨纳米棒阵列。

[0027] 实施例三

[0028] a:向50ml无水乙醇中添加100ml去离子水，搅拌后向其中加入2.7g的Na2WO4·2H2O，用磁力搅拌器搅拌30分钟；向上述溶液加入2.1g草酸固体，用磁力搅拌器搅拌30分钟后用硝酸溶液调节pH至0.5；

[0029] b:将上述溶液放入水热釜中，在200℃加热后随炉冷却。再将所得溶液离心和洗涤处理8次，然后在80℃干燥30小时，即可得到水合氧化钨纳米棒阵列。

[0030] 实施例四

[0031] a:向50ml无水乙醇中添加100ml去离子水，搅拌后向其中加入3.3g的Na2WO4·2H2O，用磁力搅拌器搅拌40分钟；向上述溶液加入2.54g草酸固体，用磁力搅拌器搅拌40分钟后用硝酸溶液调节pH至1.5；

[0032] b:将上述溶液放入水热釜中，在220℃加热后随炉冷却。再将所得溶液离心和洗涤处理6次，然后在70℃干燥20小时，即可得到水合氧化钨纳米棒阵列。

[0033] 实施例五

[0034] a:向50ml无水乙醇中添加100ml去离子水，搅拌后向其中加入6.6g的Na2WO4·2H2O，用磁力搅拌器搅拌35分钟；向上述溶液加入5.1g草酸固体，用磁力搅拌器搅拌350分钟后用硝酸溶液调节pH至1；

[0035] b:将上述溶液放入水热釜中，在190℃加热后随炉冷却。再将所得溶液离心和洗涤处理7次，然后在80℃干燥25小时，即可得到水合氧化钨纳米棒阵列。

[0036] 实施例六

[0037] a:向50ml无水乙醇中添加75ml去离子水，搅拌后向其中加入6.6g的Na2WO4·2H2O，用磁力搅拌器搅拌22分钟；向上述溶液加入5.1g草酸固体，用磁力搅拌器搅拌22分钟后用硝酸溶液调节pH至0.8；

[0038] b:将上述溶液放入水热釜中，在190℃加热后随炉冷却。再将所得溶液离心和洗涤处理8次，然后在65℃干燥15小时，即可得到水合氧化钨纳米棒阵列。

[0039] 最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。