CN107879376A - 一种亚化学计量氧化钨的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于亚化学计量的氧化钨制备技术领域，具体公开一种亚化学计量氧化钨的制备方法。以质量比计，将本体三氧化钨∶硼氢化钠≤1∶0.5混合均匀，之后在惰性气氛下300~400℃煅烧60~90 min；将煅烧产物加水离心洗涤；将洗涤后的沉淀分散于乙醇中，烘干，即得亚化学计量氧化钨。本发明制备亚化学计量氧化钨的方法比利用氢气还原法制备亚化学计量氧化钨的成本更为低廉，简单易行，原料易得，安全系数高，有很好的应用前景。

Description

一种亚化学计量氧化钨的制备方法
技术领域
本发明属于亚化学计量的氧化钨制备技术领域，具体涉及一种亚化学计量氧化钨的制备方法。
背景技术
亚化学计量氧化钨是一种新型的生物检测、光催化和气体传感材料。低廉的、高灵敏性的、高稳定性的亚化学计量氧化钨在传感器件、光学器件、生物器件等领域有重大的应用前景。然而，由于氧化钨常温下较为稳定，人们在制备亚化学计量氧化钨时采用氢气还原法(Wang G, Ling Y, Wang H, et al. Energy Environ. Sci.2012, 5, 6180-6187)、真空煅烧法(Yan J, Wang T, Wu G, et al. Adv. Mater. 2015, 27, 1580-1586)等制备方法。在亚化学计量氧化钨的制备和应用中，为了降低生产成本、增加产率、达到安全目的，探索一种要利用简单易得的原材料和更简单的制备技术，这仍然是一种挑战。
发明内容
本发明目的在于提供一种亚化学计量氧化钨的制备方法，该方法原材料更为简单易得、过程更为安全。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种亚化学计量氧化钨的制备方法：以质量比计，将本体三氧化钨∶硼氢化钠≤1∶0.5混合均匀，之后在惰性气氛下300~400 ℃煅烧60~90 min；将煅烧产物加水离心洗涤；将洗涤后的沉淀分散于乙醇中，烘干，即得亚化学计量氧化钨。
所述本体三氧化钨是指原始的、没有进行过预处理和改性的三氧化钨。
所述亚化学计量氧化钨是指氧化钨并非为化学计量的WO3，不仅含有+6价的钨，还含有低价态的钨，即其分子式不是WO3，而是WO3-x，0<x<3。
较好地，以质量比计，本体三氧化钨∶硼氢化钠=1∶1。
较好地，将本体三氧化钨与硼氢化钠在研钵中研磨15~25 min使两者混合均匀。
较好地，离心速率为6000~10000 rpm。
较好地，烘干的温度为40~80 ℃。
本发明制备方法利用研磨使硼氢化钠和本体三氧化钨充分接触，在惰性气氛中煅烧，避免了氧气的影响，利用硼氢化钠的还原性，在本体三氧化钨中制造氧空位从而得到亚化学计量氧化钨。本发明中，研磨的充分、煅烧温度的选择以及惰性气氛等对控制本体三氧化钨向亚化学计量氧化钨的转化具有重要意义，同时对得到的亚化学计量氧化钨的结构起决定作用。
本发明与现有技术相比，具有如下优点：
本发明制备亚化学计量氧化钨的方法比利用氢气还原法制备亚化学计量氧化钨的成本更为低廉，简单易行，原料易得，安全系数高，有很好的应用前景。
附图说明
图1：本发明实施例1所制备的亚化学计量氧化钨WO3-X的HRTEM 图片；
图2：本发明实施例1所制备的亚化学计量氧化钨以及本体WO3的UV/vis-NIR图谱；
图3：本发明实施例1所制备的亚化学计量氧化钨的XRD图谱；
图4：本发明对照例1所制备的样品的XRD图谱。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明的技术方案作进一步地详细介绍，但本发明的保护范围并不局限于此。
以下所述“本体三氧化钨”是指原始的、没有进行过预处理和改性的三氧化钨。
实施例1
将200 mg的硼氢化钠和200 mg本体三氧化钨放置于研钵中，研磨20 min使两者混合均匀，然后将混合物在氩气氛围中于350 ℃下煅烧60 min；将煅烧后的产物超声分散于去离子水中，离心（离心速率为8000 rpm，时间为20 min），重复超声分散—离心多次，以除去多余的硼氢化钠；最后将离心得到的沉淀用无水乙醇分散均匀并转移到蒸发皿中，在60 ℃烘箱中烘干，得到亚化学计量氧化钨WO3-X。
其中，将本实施例得到的样品WO3-X在碳支持膜上用透射电镜表征，其HRTEM见图1；由图1可知：本体三氧化钨的边缘部分已经出现了无序区域，说明了氧空位的存在，即成功制备了亚化学计量的氧化钨——WO3-X。
本实施例得到的样品WO3-X以及本体WO3的UV/vis-NIR图谱见图2；由图2可知：本体三氧化钨WO3经过本发明处理之后在近红外区域有明显的吸收增强，这是是由于氧空位的引入使氧化钨的载流子浓度显著增强从而在近红外区域具有显著的等离子共振吸收，氧空位的引入说明了亚化学计量氧化钨的成功制备。
本实施例得到的样品WO3-X的XRD图谱见图3；由图3可知：所得样品的XRD衍射峰良好对应于单斜相WO2.9 (JCPDS 05-0386)的衍射峰，说明了亚化学计量氧化钨——WO2.9的成功制备。
对照例1-3
与实施例1的不同之处在于：变化煅烧温度分别为200℃、220℃、250℃；其它均同实施例1。
这三种煅烧温度下，所得样品的XRD图谱完全一致，其中250℃煅烧所得样品的XRD图谱见图4；由图4可知：所得样品的XRD衍射峰良好对应于单斜相WO3 (JCPDS 72-0677)的衍射峰，说明并没有制备出亚化学计量的氧化钨。
实施例2-3
与实施例1的不同之处在于：变化研磨时间分别为15 min和25 min；其它均同实施例1。
实施例4-8
与实施例1的不同之处在于：变化煅烧温度分别为300 ℃、320 ℃、360 ℃、380 ℃以及400 ℃；其它均同实施例1。
实施例9-10
与实施例1的不同之处在于：变化煅烧时间分别为70 min和90 min；其它均同实施例1。

Claims (7)

1.一种亚化学计量氧化钨的制备方法，其特征在于：以质量比计，将本体三氧化钨∶硼氢化钠≤1∶0.5混合均匀，之后在惰性气氛下300~400 ℃煅烧60~90 min；将煅烧产物加水离心洗涤；将洗涤后的沉淀分散于乙醇中，烘干，即得亚化学计量氧化钨。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述本体三氧化钨是指原始的、没有进行过预处理和改性的三氧化钨。
3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述亚化学计量氧化钨是指氧化钨并非为化学计量的WO3，而是WO3-x，0<x<3。
4.如权利要求1~3任一所述的制备方法，其特征在于：以质量比计，本体三氧化钨∶硼氢化钠=1∶1。
5.如权利要求1~3任一所述的制备方法，其特征在于：将本体三氧化钨与硼氢化钠在研钵中研磨15~25 min使其混合均匀。
6.如权利要求1~3任一所述的制备方法，其特征在于：离心速率为6000~10000 rpm。
7.如权利要求1~3任一所述的制备方法，其特征在于：烘干的温度为40~80 ℃。
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