CN110078385A - 一种模板法快速生长3dom wo3的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种模板法快速生长3DOM WO3的方法，包括以下步骤：1)制备一定孔径的聚苯乙烯球；2)聚苯乙烯球组装得到模板；3)前驱液浸润模板；4)煅烧去除模板得到3DOM WO3。本发明可以快速高效的得到缺陷降低、高度有序、相互贯穿的3DOM WO3结构，操作简单，重复性强。

Description

一种模板法快速生长3DOM WO3的方法
技术领域
本发明属于材料制备技术领域，具体涉及一种模板法快速生长3DOM WO3的方法。
背景技术
在绿色环保的背景下，电致变色材料和器件由于其在低能耗显示、电子纸、建筑智能节能以及红外隐身等领域的应用前景而受到关注。三氧化钨是一种n型半导体，禁带宽度约2.9ev，对可见光和近红外光都有很好的响应。以WO3为代表的无机电致变色材料，由于较高的着色效率、较大的光调制范围、较好的电化学可逆性以及化学稳定性，因此是目前研究最充分，也是性能最为优异的电致变色材料。电致变色材料通过离子和电子的嵌入和脱嵌来实现着色和褪色的反应，要提高WO3电致变色的响应性能关键在于缩短离子和电子在材料内的扩散与输运，因此所制备材料需要具有大的比表面积。
制备高比表面积的方法，可以采用电化学沉积制备WO3薄膜(专利CN 107311468A)，或通过阳极氧化处理W膜得到多孔WO3薄膜(如CN 107299374 A)，亦可采用水热反应制备WO3纳米线或纳米片提高比表面积(如CN 107216045 A)。此外，利用旋涂的方法，通过在旋涂前驱液中添加了某些加热可分解的物质，如聚苯乙烯球、PEO等，加热后这些物质分解留下孔洞，可以得到高比表面积、高孔隙率的WO3薄膜(例如CN 108863101 A、CN 106145693A和CN 108101382 A)。胶体晶体模板法是目前合成三维有序大孔结构最常见的方法，其优点是可以优化孔结构，能够获得具有高度有序结构、大的比表面和开放的内表面的结构。检索尚未发现通过胶体晶体模板法合成3DOM WO3。因此探索一种通过胶体晶体模板法快速生长大面积且孔骨架结构完整的3DOM WO3薄膜的技术。
发明内容
本发明的目的在于提供一种模板法快速生长3DOM WO3的方法。
本发明采用如下技术方案来实现的：
一种模板法快速生长3DOM WO3的方法，包括以下步骤：
1)将去离子水、丙烯酸、过硫酸钾以及纯化后的苯乙烯加入容器A中，在氮气气氛下，加热升温到75℃，反应7—9小时，制得聚苯乙烯母液；
2)将亲水处理后的ITO玻璃插入聚苯乙烯水溶液中，50—60℃干燥10h，得到由直径为300-400nm的聚苯乙烯球组装成的模板；
3)按照比例1g：10mL：13mL将偏钨酸铵溶解在由无水乙醇和去离子水组成的混合溶液中，得到前驱液；
4)将步骤2)得到的模板放置在容器B底部，向容器B中滴入前驱液没过模板，密封容器B，放置4h，使前驱液充分浸润模板，取出样品晾干；
5)将步骤4)所得样品在空气中煅烧，去除模板，得到3DOM WO3。
本发明进一步的改进在于，苯乙烯、去离子水、丙烯酸和过硫酸钾的比例关系为105mL—135mL：1250mL：10mL：1g，且过硫酸钾与偏钨酸铵的质量比为1:1，反应温度为75℃，反应时间为8小时。
本发明进一步的改进在于，聚苯乙烯水溶液由体积比为：聚苯乙烯母液：去离子水＝1:19～1:49组成。
本发明进一步的改进在于，步骤5)中，先300℃煅烧3小时去除模板，再1℃/min升温到450℃保温3小时，得到3DOM WO3。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
1、本发明组装模板时采用垂直沉降法实现快速高效的组装模板，通过改变聚苯乙烯水溶液的浓度和溶液干燥温度得到了空位、裂缝等缺陷较少的完整的3DOM WO3；
2、本发明通过控制得到孔径为300—400nm的聚苯乙烯球，使用该孔径的聚苯乙烯球组装的模板能够保证孔隙被前驱液更好的浸润又不会在后续煅烧去除模板时造成骨架坍塌，因此可以得到具有高度有序、相互贯穿的3DOM WO3孔结构；
3、本发明操作简单方便、可重复性好。
附图说明
图1是实施例1—3即不同苯乙烯含量的3DOM WO3材料的SEM图谱，其中图1(a)、1(b)、1(c)分别是实施例1 21mL苯乙烯、实施例2 24mL苯乙烯、实施例3 27mL苯乙烯的3DOMWO3的SEM图谱。
图2是实施例1—3即不同苯乙烯含量的3DOM WO3材料的XRD图谱。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1：
1)用质量分数为5％的NaOH溶液和去离子水分三次洗涤纯化苯乙烯单体；
2)将1150mL去离子水、105mL苯乙烯和10mL丙烯酸加入三口烧瓶中，通氮气30min，排净里面的空气，加热升温到75℃后，将1g过硫酸钾溶解到100mL去离子水中并加入三口烧瓶里，反应7小时，冷却到室温，过滤，得到聚苯乙烯母液；
3)将ITO玻璃依次放入盛有丙酮和无水乙醇的烧杯中超声10min，然后放入硫酸：过氧化氢＝7：3的溶液中超声30min，去离子水超声5min；
4)将4mL聚苯乙烯母液滴入96mL去离子水中，将处理后的ITO玻璃垂直插入其中，放入烘箱，60℃干燥，使模板组装到ITO玻璃上；
5)将1g偏钨酸铵溶解到10mL无水乙醇+13mL去离子水中，得到前驱液；
6)将前驱液滴到4)组装好的模板上，使前驱液浸润模板，浸润4小时，取出晾干；
7)将6)得到的样品放入管式炉中，控制控制升温速度为1℃/min，在300℃煅烧2小时，再1℃/min升温到450℃保温2小时，随炉冷却至室温取出，就得到3DOM WO3。
实施例2：
1)用质量分数为5％的NaOH溶液和去离子水分三次洗涤纯化苯乙烯单体；
2)将1150mL去离子水、120mL苯乙烯和10mL丙烯酸加入三口烧瓶中，通氮气30min，排净里面的空气，加热升温到75℃后，将1g过硫酸钾溶解到100mL去离子水中并加入三口烧瓶里，反应7小时，冷却到室温，过滤，得到聚苯乙烯母液；
3)将ITO玻璃依次放入盛有丙酮和无水乙醇的烧杯中超声10min，然后放入硫酸：过氧化氢＝7：3的溶液中超声30min，去离子水超声5min；
4)将3mL聚苯乙烯母液滴入97mL去离子水中，将处理后的ITO玻璃垂直插入其中，放入烘箱，50℃干燥，使模板组装到ITO玻璃上；
5)将1g偏钨酸铵溶解到10mL无水乙醇+13mL去离子水中，得到前驱液；
6)将前驱液滴到4)组装好的模板上，使前驱液浸润模板，浸润4小时，取出晾干；
7)将6)得到的样品放入管式炉中，控制控制升温速度为1℃/min，在300℃煅烧2小时，再1℃/min升温到450℃保温2小时，随炉冷却至室温取出，就得到3DOM WO3。
实施例3：
1)用质量分数为5％的NaOH溶液和去离子水分三次洗涤纯化苯乙烯单体；
2)将1150mL去离子水、135mL苯乙烯和10mL丙烯酸加入三口烧瓶中，通氮气30min，排净里面的空气，加热升温到75℃后，将1g过硫酸钾溶解到100mL去离子水中并加入三口烧瓶里，反应9小时，冷却到室温，过滤，得到聚苯乙烯母液；
3)将ITO玻璃依次放入盛有丙酮和无水乙醇的烧杯中超声10min，然后放入硫酸：过氧化氢＝7：3的溶液中超声30min，去离子水超声5min；
4)将2mL聚苯乙烯母液滴入98mL去离子水中，将处理后的ITO玻璃垂直插入其中，放入烘箱，60℃干燥，使模板组装到ITO玻璃上；
5)将1g偏钨酸铵溶解到10mL无水乙醇+13mL去离子水中，得到前驱液；
6)将前驱液滴到4)组装好的模板上，使前驱液浸润模板，浸润4小时，取出晾干；
7)将6)得到的样品放入管式炉中，控制控制升温速度为1℃/min，在300℃煅烧2小时，再1℃/min升温到450℃保温2小时，随炉冷却至室温取出，就得到3DOM WO3。
产物表征
图1是实施例1—3即不同苯乙烯含量的3DOM WO3材料的SEM图谱。从图1(a)、1(b)、1(c)分别是实施例1 21mL苯乙烯、实施例2 24mL苯乙烯、实施例3 27mL苯乙烯的3DOM WO3的SEM图谱。由图1可以看出，苯乙烯为21mL—27mL时都得到了完整有序的3DOM WO3结构，所获得的3DOM WO3呈现的是一种有序、相互贯穿的孔结构，表明通过此方法在ITO玻璃上成功生长出了3DOM WO3。
图2是实施例1—3即不同苯乙烯含量的3DOM WO3材料的XRD图谱。其中a、b、c分别是实施例1 21mL苯乙烯、实施例2 24mL苯乙烯和实施例3 27mL苯乙烯的3DOM WO3的XRD图谱。他们与单斜相WO3(JCPDS card No.01-075-2072)的标准谱一致，说明合成的样品都是单斜相WO3。

Claims (4)

1.一种模板法快速生长3DOM WO3的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将去离子水、丙烯酸、过硫酸钾以及纯化后的苯乙烯加入容器A中，在氮气气氛下，加热升温到75℃，反应7—9小时，制得聚苯乙烯母液；
2)将亲水处理后的ITO玻璃插入聚苯乙烯水溶液中，50—60℃干燥10h，得到由直径为300-400nm的聚苯乙烯球组装成的模板；
3)按照比例1g：10mL：13mL将偏钨酸铵溶解在由无水乙醇和去离子水组成的混合溶液中，得到前驱液；
4)将步骤2)得到的模板放置在容器B底部，向容器B中滴入前驱液没过模板，密封容器B，放置4h，使前驱液充分浸润模板，取出样品晾干；
5)将步骤4)所得样品在空气中煅烧，去除模板，得到3DOM WO3。
2.根据权利要求1所述的一种模板法快速生长3DOM WO3的方法，其特征在于，苯乙烯、去离子水、丙烯酸和过硫酸钾的比例关系为105mL—135mL：1250mL：10mL：1g，且过硫酸钾与偏钨酸铵的质量比为1:1，反应温度为75℃，反应时间为8小时。
3.根据权利要求1所述的一种模板法快速生长3DOM WO3的方法，其特征在于，聚苯乙烯水溶液由体积比为：聚苯乙烯母液：去离子水＝1:19～1:49组成。
4.根据权利要求1所述的一种模板法快速生长3DOM WO3的方法，其特征在于，步骤5)中，先300℃煅烧3小时去除模板，再1℃/min升温到450℃保温3小时，得到3DOM WO3。
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