CN107435281A - 一种纸基二维三氧化钨纳米片的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种在纸基底上生长二维三氧化钨纳米片的方法，属于无机材料合成领域。本方法包括以下步骤：功能化纸基底‑沉积三氧化钨种子层‑配制三氧化钨前驱体溶液‑溶剂热法生长二维三氧化钨纳米片。本方法的特点在于选用具有原料丰富、价廉、柔性、可折叠、易降解的纸作为基底并在此基底上合成了二维三氧化钨纳米片，降低了成本，并且制备过程中不使用任何表面活性剂或分散剂，环保无污染。该方法成本低、操作简单、无污染、原料丰富易得，为纸基三氧化钨柔性钙钛矿太阳能电池以及柔性光电免疫传感器的构建奠定了基础。

Description

一种纸基二维三氧化钨纳米片的制备方法
技术领域
本发明涉及一种纸基二维三氧化钨纳米片的制备方法，属于纳米材料合成领域。
背景技术
三氧化钨，是一种n型半导体材料，带隙为~2.6 eV，一般为正交八面体结构，广泛应用于光电器件、电致变色和光致电化学免疫分析传感等领域。众所周知，材料的性能与其形貌、尺寸密切相关。二维纳米材料，通常是指在三维空间中，有一维是在纳米尺度范围（0.1~100 nm）的材料，其制备、研究与应用越来越受到科研工作者们的关注。其中，纳米材料具有的独特界面效应、小尺寸效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应，在二维纳米材料上都具有很好的体现。二维纳米材料除了纳米材料普遍的特点之外，本身还具有很高的各向异性、比表面积和表面能高、明显的表面效应和量子尺寸效应。二维三氧化钨纳米片具有均一的形貌、大的比表面积和高的表面能得到了广泛的关注。目前报道的三氧化钨的制备方法主要有：溶剂热法、蒸发法、化学气相沉积法、电沉积法、溶胶-凝胶法等。其中溶剂热法具有较低的合成温度从而使得晶体在生长过程中产生较少的缺陷。同时水热法温度梯度小使晶体生长具有较高的生长速率以及均匀性，是制备三氧化钨纳米材料常用的方法。
近年来，柔性钙钛矿太阳能电池备受关注，而且所用的柔性基底对器件的性能有很大的影响。目前常用的聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）和金属箔片柔性基底已满足不了需求，急需寻找一种廉价、来源丰富的新型柔性可替代基底。纸，因其具有廉价、质轻、柔性可折叠、来源丰富、可降解等特点是一种极具潜力的柔性基底。并且目前报道了很多纸基器件，例如，超级电容器、光电探测器和晶体管等。本发明首次提供了一种制备纸基二维三氧化钨纳米片的方法，过程中不需要加入表面活性剂或模板剂，可以实现简便快捷、低成本、环保的制备纸基二维三氧化钨纳米片的目的。重要的是制备的纸基二维三氧化钨纳米片可以作为柔性钙钛矿太阳能电池的电子传输材料，这使得纸基钙钛矿太阳能电池成为可能，为基于三氧化钨柔性钙钛矿太阳能电池器件奠定了基础。
发明内容
本发明的目的在于提供一种在纸基底上生长二维三氧化钨纳米片的方法，该方法具有操作简单和成本低的优点。
本发明通过以下实验方案实现：
一种在纸基底上生长二维三氧化钨纳米片的方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
a.功能化纸基底：选用GE Healthcare Worldwide （中国上海浦东）公司的Whatmanchromatography paper ＃2号纤维素纸作为基底，将其大小裁剪成长为4.0 cm宽为1.0 cm的长方形，并且采用丝网印刷技术在其表面印刷一层银浆以使其导电，并将表面打磨光滑；
b.沉积纳米三氧化钨种子层：采用脉冲激光沉积法在步骤a中得到的纸基底表面沉积一层一定厚度的纳米三氧化钨种子层；
c.配制三氧化钨前驱体溶液：称取一定量的钨酸钠，将其溶解于超纯水中，磁力搅拌5min后加入一定体积的盐酸，再称取一定量的草酸铵加入溶液中，磁力搅拌30 min；
d.生长二维三氧化钨纳米片：将步骤c中搅拌均匀的前驱体溶液转移至内衬聚四氟乙烯的不锈钢反应釜内，并将步骤b中处理好的纸基底以导电面向下的形式放入内衬中，封闭拧紧反应釜，置于预热的烘箱内反应，反应完毕后取出反应釜，自然冷却至室温，将样品取出并用无水乙醇和超纯水彻底清洗，最后置于60 ℃烘箱中干燥。
步骤b中纳米三氧化钨种子层的厚度为10~100 nm。
步骤c中钨酸钠的质量为0.01~10 g，超纯水的体积为1~20 mL。
步骤c中盐酸的体积为0.1~10 mL，草酸铵的质量为0.01~10 g。
步骤d中烘箱的温度为100~200 ℃，反应时间为1~5 h。
本发明使用具有原料丰富、廉价易得、柔性可折叠等特点的纸作为基底，首次制备了纸基二维三氧化钨纳米片材料，并且该方法操作简单、成本低、过程中不使用任何分散剂或表面活性剂，对环境无污染。制备的纸基二维三氧化钨材料可以作为柔性钙钛矿太阳能电池的电子传输层，以及在柔性光电免疫传感器方面有着广泛的应用前景。
具体实施方式
为了进一步说明制备纸基二维三氧化钨纳米片的方法，按照本发明技术方案进行实施，给出具体的实施方式：
首先，将GE Healthcare Worldwide （中国上海浦东）公司的Whatman chromatographypaper ＃2号纤维素纸裁剪成长为4.0 cm宽为1.0 cm的长方形，并且采用丝网印刷技术在其表面印刷一层银浆以使其导电，并将其表面打磨光滑；采用脉冲激光沉积法在步骤a中得到的纸基底表面沉积一层厚度为10~100 nm三氧化钨种子层；称取0.01~10 g钨酸钠，将其溶解于1~20 mL超纯水中，磁力搅拌5 min后加入0.1~10 mL盐酸，再称取0.01~10 g草酸铵加入至溶液中，磁力搅拌30 min；最后将搅拌均匀的前驱体溶液转移至内衬聚四氟乙烯的不锈钢反应釜内，并将处理好的纸基底以导电面向下的形式放入内衬中，封闭拧紧反应釜，置于预热100~200 ℃的烘箱内反应1~5 h，反应完毕后取出反应釜，自然冷却至室温，将样品取出并用无水乙醇和超纯水彻底清洗，最后置于60 ℃烘箱中干燥。

Claims (5)

1.一种在纸基底上生长二维三氧化钨纳米片的方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
a.功能化纸基底：选用GE Healthcare Worldwide （中国上海浦东）公司的Whatmanchromatography paper ＃2号纤维素纸作为基底，将其大小裁剪成长为4.0 cm宽为1.0 cm的长方形，并且采用丝网印刷技术在其表面印刷一层银浆以使其导电，并将表面打磨光滑；
b.沉积纳米三氧化钨种子层：采用脉冲激光沉积法在步骤a中得到的纸基底表面沉积一层一定厚度的纳米三氧化钨种子层；
c.配制三氧化钨前驱体溶液：称取一定量的钨酸钠，将其溶解于超纯水中，磁力搅拌5min后加入一定体积的盐酸，再称取一定量的草酸铵加入溶液中，磁力搅拌30 min；
d.生长二维三氧化钨纳米片：将步骤c中搅拌均匀的前驱体溶液转移至内衬聚四氟乙烯的不锈钢反应釜内，并将步骤b中处理好的纸基底以导电面向下的形式放入内衬中，封闭拧紧反应釜，置于预热的烘箱内反应，反应完毕后取出反应釜，自然冷却至室温，将样品取出并用无水乙醇和超纯水彻底清洗，最后置于60 ℃烘箱中干燥。
2.根据权利要求1所述的纸基二维三氧化钨纳米片的制备方法，其特征在于步骤b中沉积的纳米三氧化钨种子层厚度为10~100 nm。
3.根据权利要求1所述的纸基二维三氧化钨纳米片的制备方法，其特征在于步骤c中钨酸钠的质量为0.01~10 g，超纯水的体积为1~20 mL。
4.根据权利要求1所述的纸基二维三氧化钨纳米片的制备方法，其特征在于步骤c中盐酸的体积为0.1~10 mL，草酸铵的质量为0.01~10 g。
5.根据权利要求1所述的纸基二维三氧化钨纳米片的制备方法，其特征在于步骤d中烘箱的温度为100~200 ℃，反应时间为1~5 h。
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CN112458791A (zh) * 2020-12-08 2021-03-09 马鞍山市康辉纸箱纸品有限公司 一种改善瓦楞纸表面施胶剂易开胶的瓦楞纸加工工艺

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CN103864148A (zh) * 2014-03-07 2014-06-18 天津大学 一种三氧化钨一维结构纳米线与多级纳米结构的制备方法
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