CN109368703B - 一种三氧化钨薄片的制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种三氧化钨薄片的制备方法，涉及纳米材料制备。将二硫化钨与无水三氯化铁混合均匀后装入玻璃管并密封；将密封玻璃管放于马弗炉内插层和氧化反应；氧化反应结束后将得到的产物进行酸洗、水洗和冷冻干燥，得到三氧化钨一水合物；将得到的WO3·H2O在马弗炉内煅烧，即制备得到WO3薄片。以二硫化钨为钨源，经金属氯化物熔融盐插层和氧化反应制备得到前驱体，前驱体经过水解反应得到WO3·H2O，WO3·H2O在高温下煅烧制备得到WO3薄片。原料易得，合成步骤简单，制备得到的WO3薄片纯度高、晶型可控。
Description
技术领域
本发明涉及纳米材料制备，尤其是涉及一种三氧化钨(WO3)薄片制备方法。
背景技术
近年来，二维过渡金属氧化物，特别是WO3材料深受广泛研究。WO3具有不同的晶体结构，其奇特的电子特性、可调的带隙以及较高的比表面积，一直是传感器、晶体管、光电探测器、太阳能电池、电致变色器件、锂离子电池和储能应用的关键因素。
目前，制备WO3薄片的方法主要为：钨箔直接加热法(Journal of Alloys andCompounds 439(2007)55–58)、溶剂热与机械剥离结合法(Adv.Mater.2015,27,1580–1586)、电弧放电法(Appl.Mater.Interfaces 2012,4,3372-3377)等，但这些制备方法还存在以下问题：(1)直接加热法要求温度过高，通常在600℃以上，且一般难与基底分离故而限制了应用范畴：(2)机械剥离法需要超长的超声时间，并且产率较低；(3)电弧放电法设备复杂且操作流程繁琐，同时也存在产率过低的问题。基于此，寻求一种高效制备WO3薄片的方法具有非常重要的意义与实际应用价值。
发明内容
本发明的目的在于提供原料易得、合成步骤简单、制备效率高的一种三氧化钨薄片制备方法。
本发明包括以下步骤：
1)将二硫化钨与无水三氯化铁混合均匀后装入玻璃管并密封；
2)将步骤1)的密封玻璃管放于马弗炉内插层和氧化反应；
3)氧化反应结束后将步骤2)得到的产物进行酸洗、水洗和冷冻干燥，得到三氧化钨一水合物(WO3·H2O)；
4)将步骤3)得到的WO3·H2O在马弗炉内煅烧，即制备得到WO3薄片。
在步骤1)中，所述二硫化钨可采用二硫化钨粉末；所述二硫化钨和三氯化铁的质量比可为1︰(2.5～20)。
在步骤2)中，所述插层和氧化反应的马弗炉升温速率可为10℃/min，反应温度可为300～450℃，反应时间可为0.5～48h。
在步骤3)中，所述酸可采用盐酸等，酸的摩尔浓度可为3mol/L。
在步骤4)中，所述煅烧的温度可为200～450℃，煅烧的时间可为0.5～2h；所制备的WO3薄片为立方相或单斜相。
本发明以二硫化钨为钨源，经金属氯化物熔融盐插层和氧化反应制备得到前驱体，前驱体经过水解反应得到WO3·H2O，WO3·H2O在高温下煅烧制备得到WO3薄片。本发明原料易得，合成步骤简单，制备得到的WO3薄片纯度高、晶型可控。
附图说明
图1为WO3·H2O、立方相WO3及单斜相WO3的XRD图。
图2为WO3·H2O钨的SEM图。
图3为立方相WO3薄片的SEM图。
图4为单斜相WO3薄片的SEM图。
具体实施方式
以下实施例将结合附图对本发明作进一步的说明。
实施例1：在手套箱内，将20mg二硫化钨与50mg无水三氯化铁混合均匀装入一内径为8mm，长为180mm的玻璃管内(玻璃管壁厚1mm)。在隔膜泵减压条件下，使用丙烷喷枪将混合物封装在玻璃管内，之后将其水平置于马弗炉内350℃反应12h，待结束后立即取出玻璃管在室温下冷却。玻璃管冷却到室温后，打开玻璃管并迅速向其加入3mol/L盐酸溶液，得到黄色产物，分别使用3mol/L盐酸和纯水离心洗涤三遍，所得固体产物经冷冻干燥，得到WO3·H2O。将WO3·H2O置于坩埚内，于250℃煅烧2h，得到浅土色立方相WO3薄片。
实施例2：在手套箱内，将20mg二硫化钨与400mg无水三氯化铁混合均匀装入一内径为8mm，长为180mm的玻璃管内(玻璃管壁厚1mm)。在隔膜泵减压条件下，使用丙烷喷枪将混合物封装在玻璃管内，之后将其水平置于马弗炉内320℃反应0.5h，待结束后立即取出玻璃管在室温下冷却。玻璃管冷却到室温后，打开玻璃管并迅速向其加入3mol/L盐酸溶液，得到黄色产物，分别使用3mol/L盐酸和纯水离心洗涤三遍，所得固体产物经冷冻干燥，得到WO3·H2O。将WO3·H2O置于坩埚内，于250℃煅烧1h，得到浅土色立方相WO3薄片。
图2给出WO3·H2O的SEM图，由图2可见，WO3·H2O主要呈薄片状团聚在一起。图3给出立方相WO3薄片的SEM图，由图3可见，经煅烧处理后得到的立方相WO3呈薄片状。
实施例3：在手套箱内，将20mg二硫化钨与400mg无水三氯化铁混合均匀装入一内径为8mm，长为180mm的玻璃管内(玻璃管壁厚1mm)。在隔膜泵减压条件下，使用丙烷喷枪将混合物封装在玻璃管内，之后将其水平置于马弗炉内350℃反应12h，待结束时，350℃下立即取出玻璃管，得到橙红色产物与过量未反应绿色无水三氯化铁。切开玻璃管，并迅速向其加入3mol/L盐酸溶液进行水解反应，得到黄色产物，分别使用盐酸、超纯水各离心洗涤三遍，冷冻干燥后即可得到WO3·H2O。将产物置于坩埚内，400℃煅烧2h，即得到鹅黄色单斜相WO3薄片。
图4给出单斜相WO3薄片的SEM图，由图4可见，经煅烧处理后得到的单斜相WO3呈薄片状。
图1给出WO3·H2O、立方相WO3及单斜相WO3的XRD图，由图1可见，所得产物衍射峰较强，晶型较好。
本发明以常见的二硫化钨与无水三氯化铁为原料，通过熔融盐插层反应制备前驱体，然后前驱体经酸性条件下的水解反应得到WO3·H2O，WO3·H2O通过不同温度煅烧制备得到WO3薄片。
Claims (4)
1.一种三氧化钨薄片的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
1)将二硫化钨与无水三氯化铁混合均匀后装入玻璃管并密封；所述二硫化钨和三氯化铁的质量比为1︰(2.5～20)；
2)将步骤1)的密封玻璃管放于马弗炉内插层和氧化反应；所述插层和氧化反应的马弗炉升温速率为10℃/min，反应温度为300～450℃，反应时间为0.5～48h；
3)氧化反应结束后将步骤2)得到的产物进行酸洗、水洗和冷冻干燥，得到三氧化钨一水合物；所述酸采用盐酸，所述酸的摩尔浓度为3mol/L；
4)将步骤3)得到的WO3·H2O在马弗炉内煅烧，即制备得到WO3薄片。
2.如权利要求1所述一种三氧化钨薄片的制备方法，其特征在于在步骤1)中，所述二硫化钨采用二硫化钨粉末。
3.如权利要求1所述一种三氧化钨薄片的制备方法，其特征在于在步骤4)中，所述煅烧的温度为200～450℃，煅烧的时间为0.5～2h。
4.如权利要求1所述一种三氧化钨薄片的制备方法，其特征在于在步骤4)中，所制备的WO3薄片为立方相WO3或单斜相WO3。
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