CN105839084A - 一种多孔WO3/rGO复合薄膜的Sol-Gel配制方法 - Google Patents

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Abstract

一种多孔WO3/rGO复合薄膜的Sol-Gel配制方法，属于功能材料技术领域。在WO3溶胶中加入适量所制备的还原氧化石墨烯(rGO)分散液，充分搅拌得稳定的混合溶胶。本发明配制的溶胶比较稳定，可以用于制备多孔WO3/rGO复合薄膜，工艺简单，可重复性高，而且其所制备的薄膜具有良好的电致变色和光学性能，为发展节能、高效、低成本的WO3薄膜技术提供新思路。而且有利于发展高效的电致变色器件，为电致变色材料的普及和智能建筑材料的快速发展提供动力。

Description

一种多孔WO3/rGO复合薄膜的Sol-Gel配制方法
技术领域
本发明涉及一种多孔WO3/rGO复合薄膜的Sol-Gel制备方法，属于功能材料技术领域。
背景技术
近年来由于日益严重的环境污染和能源消耗问题，使人们越来越关注环境友好和节约能源资源的新材料问题。据统计，每年人们都将花费大量的资源能源在室内温度调节和光线控制当中，因此电致变色器件越来越受到了人们的关注。它可以在外加电场的作用下，实现颜色的变化，从而满足人们对光线和太阳的辐射热量的动态控制。现在，其在智能窗、防目眩后视镜、微型显示器中都有广泛的应用。
电致变色材料是决定电致变色器件性能的关键因素之一，因此研制开发具有优异性能的电致变色材料成为了该领域的核心课题。WO3变色材料被认为是最具发展潜力的变色材料，传统上制备WO3薄膜的主要方法有水热法、磁控溅射法，化学气相沉积法等，但在上述方法中，大多设备昂贵，工艺复杂，或薄膜的变色效果不理想。
Sol-Gel法制备WO3的优点在于成本低，可以进行大面积沉积且薄膜均匀度高。WO3变色过程是一个离子、电子嵌入脱出的过程。此方法制备的薄膜的无特殊结构，为二维平面形貌，比表面积较低，且薄膜的导电性不好，在变色过程中，其离子、电子脱嵌受阻，导致着褪色速度慢，颜色残留等缺点，对其电致变色性能造成了很大的影响。因此，可以通过改变WO3材料的形貌，制备多孔WO3材料来提高其响应时间等性能。此外,还原氧化石墨烯(rGO)具有高的比表面积、突出的导热性能和力学性能及其非凡的电子传递性能等一系列优异的性质。将石墨烯与WO3复合可以大大提高薄膜导电率。采用Sol-Gel法制备多孔WO3/rGO薄膜是一种低成本制备高性能薄膜且具有研究价值的方法。由于所制备的是多孔WO3/rGO复合薄膜,此结构缩短了离子的迁移路径,增大了薄膜与电解液的接触面积,同时提高了其电子传输的速度，能保证离子、电子快速嵌入与脱出,使之具有比较好的电致变色性能。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提出一种制备多孔WO3/rGO复合薄膜的Sol-Gel配制方法。其具有高效稳定的电化学性能。其工艺简单，成本低廉，适合于大规模生产应用。本发明所提供的多孔WO3/rGO复合薄膜的Sol-Gel配制方法，包括以下步骤：
1)WO3前驱体溶胶的制备
在容器中放入钨粉并将其置于冰水浴中，向容器中逐渐滴加H2O2直至使钨粉完全溶解，之后加入乙醇和冰醋酸，充分反应后过滤得到清亮液体；其中m(W):v(H2O2):v(乙醇):v(冰醋酸)＝3g:(10～20)ml:(10～20)ml:3ml。优选m(W):v(H2O2):v(乙醇):v(冰醋酸)＝3g:10ml:11ml:3ml。
2)制备rGO分散液
首先，采用hummers法制得氧化石墨，并在马弗炉中进行高温膨胀，制得膨胀石墨。取膨胀石墨于乙醇中，超声2小时，得到膨胀石墨的分散液；取乙二醇放入膨胀石墨的分散液中，充分搅拌后，取出放于水热反应釜中，进行反应(优选反应条件：200℃反应24h)，得到还原氧化石墨烯的分散液；m(膨胀石墨):v(乙二醇):v(乙醇)＝1～30mg:100ml:50ml。
3)制备多孔WO3/rGO薄膜
将1)WO3前驱体溶胶与2)中所得还原氧化石墨烯的分散液(优选按体积比(1～9):1)进行混合，并搅拌，待搅拌均匀后得到混合溶胶；将所得的混合溶胶采用旋涂的方法在导电基底上制备薄膜，之后进行退火得到多孔WO3/rGO变色层薄膜。
退火工艺优选：在300-350℃下退火2个小时。
本发明与现有技术相比有如下优点：
1、本发明的制备采用sol旋涂法。该种方法易于操作，原料成本低，反应简单，对环境无污染，可重复性高，适合于大规模工业化生产。
2、多孔WO3提供离子的迁移路径，增大了与离子的接触面积，使之具有较好的电化学性能，和电致变色性能，特别是获得了快速的响应时间，孔的平均直径为50纳米-300纳米。
3、rGO的复合，增加了薄膜的导电性，加快了电子的迁移速率，缩短了响应时间，改善了电致变色性能。
附图说明
图1为本发明实施例1所制备的多孔WO3/rGO复合薄膜的Ramma图谱。
图2为本发明实施例1所制备的多孔WO3/rGO复合薄膜的扫描电镜(SEM)照片。
图3为本发明实施例1所制备的多孔WO3/rGO复合薄膜在双电位循环中的阶跃曲线(阶跃测试中施加±1v电压各20秒，tb、tc分别表示薄膜褪色和着色所需的时间)。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明的实质性特点和显著优点，本发明决非仅局限于以下实施例。
以下实施例中，采用雷尼绍Renishaw in Via显微拉曼光谱仪测定所制备薄膜的结构；采用Hitachi S-4800场发射电子显微镜测定所制备薄膜的微观形貌；采用普林斯顿Versa STAT 4电化学工作站测试薄膜电化学性能。
实施例1
1).称取3gW粉于烧杯中，将烧杯置于冰水浴中，向烧杯中逐渐滴加10ml的H2O2直至使钨粉完全溶解，充分反应后(约3-6小时)，再向将液体中加入11ml乙醇和3ml冰醋酸，充分搅拌后，静置一段时间，过滤得到清亮WO3前驱体溶胶。
2)采用hummers法制得氧化石墨，并在马弗炉中进行高温膨胀，制得膨胀石墨。取15mg膨胀石墨于50ml乙醇中，超声2小时，得到膨胀石墨的分散液。取100ml乙二醇放入分散液中，充分搅拌后，取30ml于水热反应釜中,200℃反应24h，得到还原氧化石墨烯的分散液。
3)分别取6ml WO3溶胶和1ml 2)中得到分散液于烧杯中，充分搅拌后得到混合溶胶，采用旋涂的方法在导电基底上制备薄膜，之后在300℃下退火2个小时得到多孔WO3/rGO复合薄膜。
实施例2
1)称取6gW粉于烧杯中，将烧杯置于冰水浴中，向烧杯中逐渐滴加25ml的H2O2直至使钨粉完全溶解，充分反应后(约3-6小时)，再向将液体中加入30ml乙醇和6ml冰醋酸，充分搅拌后，静置一段时间，过滤得到清亮WO3前驱体溶胶。
2)采用hummers法制得氧化石墨，并在马弗炉中进行高温膨胀，制得膨胀石墨。取5mg膨胀石墨于50ml乙醇中，超声2小时，得到膨胀石墨的分散液。取100ml乙二醇放入分散液中，充分搅拌后，取30ml于水热反应釜中,200℃反应24h，得到还原氧化石墨烯的分散液。
3)分别取9ml WO3溶胶和1ml 2)中得到液体于烧杯中，充分搅拌后得混合溶胶，采用旋涂的方法在导电基底上制备薄膜，之后在350℃下退火2个小时得到多孔WO3/rGO复合薄膜。

Claims (7)

1.多孔WO3/rGO复合薄膜的Sol-Gel配制方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)WO3前驱体溶胶的制备
在容器中放入钨粉并将其置于冰水浴中，向容器中逐渐滴加H2O2直至使钨粉完全溶解，之后加入乙醇和冰醋酸，充分反应后过滤得到清亮液体；其中m(W):v(H2O2):v(乙醇):v(冰醋酸)＝3g:(10～20)ml:(10～20)ml:3ml；
2)制备rGO分散液
首先，采用hummers法制得氧化石墨，并在马弗炉中进行高温膨胀，制得膨胀石墨。取膨胀石墨于乙醇中，超声2小时，得到膨胀石墨的分散液；取乙二醇放入膨胀石墨的分散液中，充分搅拌后，取出于水热反应釜中，进行反应，得到还原氧化石墨烯的分散液；
3)制备多孔WO3/rGO薄膜
将1)WO3前驱体溶胶与2)中所得还原氧化石墨烯的分散液(优选按体积比(1～9):1)进行混合，并搅拌，待搅拌均匀后得到混合溶胶；将所得的混合溶胶采用旋涂的方法在导电基底上制备薄膜，之后进行退火得到多孔WO3/rGO变色层薄膜。
2.按照权利要求1的多孔WO3/rGO复合薄膜的Sol-Gel配制方法，其特征在于，步骤1)中m(W):v(H2O2):v(乙醇):v(冰醋酸)＝3g:10ml:11ml:3ml。
3.按照权利要求1的多孔WO3/rGO复合薄膜的Sol-Gel配制方法，其特征在于，步骤2)水热反应条件：200℃反应24h。
4.按照权利要求1的多孔WO3/rGO复合薄膜的Sol-Gel配制方法，其特征在于，步骤2)中m(膨胀石墨):v(乙二醇):v(乙醇)＝1～30mg:100ml:50ml。
5.按照权利要求1的多孔WO3/rGO复合薄膜的Sol-Gel配制方法，其特征在于，步骤3)中WO3前驱体溶胶与还原氧化石墨烯的分散液按体积比(1～9):1进行混合。
6.按照权利要求1的多孔WO3/rGO复合薄膜的Sol-Gel配制方法，其特征在于，退火工艺：在300-350℃下退火2个小时。
7.按照权利要求1-6的任一方法所得的多孔WO3/rGO复合薄膜。
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