CN115245831A - 光催化剂和其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了掺杂金属/金属氧化物的WO3花样组分作为光催化剂，施加在UV或可见光激活下使流感病毒和细菌光催化灭活，和进一步提供了表面‑调节剂‑驱动合成方法，用于产生WO3花样组分，以及掺杂方法，用于将金属/金属氧化物掺杂至WO3花样组分。WO3花样组分中掺杂的金属/金属氧化物可进一步增强抗病毒和抗菌性能。

Description

光催化剂和其制造方法
相关申请的引用
本申请要求2021年4月26日提交的美国临时专利申请序列号63/201347的优先权，其内容通过引用全部合并进入本文。
技术领域
本发明涉及光催化剂和其制造方法。
背景技术
致病微生物比如细菌、病毒和真菌是人健康的主要影响因素，因为它们严重地危害身体并且为致死性的。尽管大量研究并开发了治疗和预防方法，但是传染病仍为世界上主要死亡原因。已经使用了许多年的抗微生物剂来控制致病性生物体的生长。然而，长时间使用抗微生物剂导致出现了抗性微生物。因此，需要新的安全且有效的杀菌剂，以克服与致病性微生物相关的问题。
光催化氧化(PCO)催化剂为可选的补救技术，其相对于常规消毒剂具体许多优势。在照射下，PCO催化剂可将宽范围的污染物降解成无害的产物，比如CO2和H2O。在光照下，生成活性氧类(ROS)比如羟基自由基(·OH)和超氧化物阴离子(O2-·)。这些ROS在杀菌和病毒方面非常有用。二氧化钛(TiO2)是迄今研究最多的光催化剂，其提供了很大的抗病毒性能。
然而，TiO2仅响应UV光区域，并且在现实的亮度或室内环境下显示出不足的效果。特别是，用于激发基于二氧化钛抗菌剂要求的紫外光是受限的并且其亮度在一般房子的内部中是低的，所以无法获得足够的光照以使产物表现出抗菌性能。
与TiO2相比，氧化钨(WO3)提供了期望的特性比如化学稳定性、可见光活性和高地球丰度。尤其，WO3可被可见光或UV光源激活生成用于提供抗病毒和抗菌的功能的ROS。
尽管WO3为有吸引力的用作可见光活性PGO的候选，但是用制备WO3的传统的水热方法要求高压和相对的高温(180℃)。另外，常规的WO3纳米结构，比如纳米颗粒和纳米球，在实际应用中展示出相对低的光催化活性。
所以，需要消除或至少减轻上述缺点和问题的新的光催化剂。
发明内容
本文提供了光催化剂，包括：氧化钨(WO3)花样组分，包括在WO3花样组分的表面处的角和边；和金属或金属氧化物的颗粒；其中颗粒分布在WO3花样组分的表面上。
在某些实施方式中，其中WO3花样组分包括WO3纳米板，其聚集以形成WO3花样组分的至少一部分表面，用于提供角和边。
在某些实施方式中，WO3花样组分包括WO3纳米板，其聚集以形成WO3花样组分的表面，用于提供角和边。
在某些实施方式中，金属为钛(Ti)、锆(Zr)、锰(Mn)、铁(Fe)、钯(Pd)、铂(Pt)、铜(Cu)、银(Ag)、锌(Zn)、铝(Al)或铈(Ce)；并且金属氧化物为Ti、Zr、Mn、Fe、Pd、Pt、Cu、Ag、Zn、Al或Ce的氧化物。
在某些实施方式中，每个颗粒具有在100nm和900nm之间的粒度。
在某些实施方式中，光催化剂具有0.01％和50％之间的颗粒的质量浓度。
在某些实施方式中，WO3花样组分具有100nm和250nm之间的粒度，并且具有圆形状或球形形状。
在某些实施方式中，WO3花样组分进一步掺杂金属离子，金属离子为Ti、Zr、Mn、Fe、Pd、Pt、Cu、Ag、Zn、Al或Ce的离子。
本文提供了包括上述光催化剂的消毒材料。
本文提供了用于制造光催化剂的方法，包括：提供包括二羧酸或草酸的调节剂溶液；提供钨酸钠二水合物溶液；将钨酸钠二水合物溶液和调节剂溶液混合，从而形成第一混合物溶液；将酸添加至第一混合物溶液中，从而形成第二混合物溶液；将第二混合物溶液加热，从而形成第一沉淀；从第二混合物溶液中收集第一沉淀；将第一沉淀干燥，从而形成WO3花样组分；和用金属或金属氧化物的颗粒掺杂WO3花样组分，使得颗粒分布在每个WO3花样组分的表面上，从而形成光催化剂。
在某些实施方式中，掺杂的步骤包括将WO3花样组分和包括颗粒的粉末机械混合，以将颗粒分布在每个WO3花样组分的表面上。
在某些实施方式中，掺杂的步骤包括：将WO3花样组分分散在含有颗粒的溶液中，以将颗粒分布在每个WO3花样组分的表面上，从而形成第二沉淀；从溶液中收集第二沉淀；和将第二沉淀干燥，从而形成光催化剂。
在某些实施方式中，金属为Ti、Zr、Mn、Fe、Pd、Pt、Cu、Ag、Zn、Al或Ce。
在某些实施方式中，金属氧化物为Ti、Zr、Mn、Fe、Pd、Pt、Cu、Ag、Zn、Al或Ce的氧化物。
在某些实施方式中，二羧酸为1，4-苯二羧酸。
在某些实施方式中，钨酸钠二水合物溶液具有的钨酸钠二水合物的浓度在0.05mol/L和0.30mol/L之间。
在某些实施方式中，第一混合物溶液中钨酸钠二水合物和草酸的质量比在1∶1.1和1∶2.0之间。
在某些实施方式中，酸为盐酸(HCI)。
在某些实施方式中，添加HCI，以将第二混合物溶液的pH值调整为0.1至1.0。
在某些实施方式中，将第二混合物溶液在80-100℃下加热8-12小时。
提供该发明内容，以便以简化的形式介绍下面在具体实施方式中进一步描述的概念的选择。该发明内容不旨在鉴定请求保护的主题的关键特征或必要特征，也不旨在用于帮助确定请求保护的主题的范围。如下文通过实施方式阐释的，公开了本发明的其他方面。
附图说明
所附附图，其中相同的附图标记指相同的或功能上类似的元件，含有某些实施方式的图，以进一步阐释和阐明本发明的上面的和其他方面、优势和特征。应认识到，这些附图描绘了本发明的实施方式，并且不旨在限制其范围。将结合另外的特征和细节，通过使用所附附图描述和解释本发明，其中：
图1A描绘了根据某些实施方式用于制造掺杂金属氧化物的WO3花样组分的方法；
图1B描绘了通过掺杂金属氧化物的WO3花样组分的ROS形成机制；
图2A用低放大倍数显示了实施例1的WO3花样组分的场发射扫描显微镜(FESEM)图像(H2C2O4∶Na2WO4＝1.4∶1)；
图2B显示了高放大倍数下WO3花样组分的FESEM图像；
图3A显示了实施例2的掺杂CuO的WO3纳米花的FESEM图像；
图3B显示了掺杂CuO的WO3纳米花的能量分散X-射线光谱学(EDX)；
图4显示了描绘用于抗菌测试的照射配置的示意图；
图5A显示了没有WO3涂层的对照载玻片样品的抗菌测试(埃希大肠杆菌)结果；
图5B显示了通过实施例1制备的涂布WO3花样组分的样品的抗菌测试(埃希大肠杆菌)结果；
图6为显示根据抗病毒测试(H1N1)，通过实施例2制备的涂布掺杂CuO的WO3花样组分的样品的测试结果的表；
图7A显示了没有WO3涂层的对照载玻片样品的抗菌测试(埃希大肠杆菌)结果；
图7B显示了涂布商业WO3颗粒的样品的抗菌测试(埃希大肠杆菌)结果；
图7C显示了通过实施例2制备的涂布掺杂氧化铜(II)(CuO)的WO3花样组分的样品的抗菌测试(埃希大肠杆菌)结果；
图7D显示了商业WO3颗粒的FESEM图像；并且
图7E显示了掺杂CuO的WO3花样组分的FESEM图像。
本领域技术人员将认识到，为了简化和清楚而阐释图中的元件并且不必按比例描绘。
具体实施方式
相应地，本公开提供了掺杂金属/金属氧化物的WO3花样组分，作为光催化剂用于抗病毒和抗菌的功能；以及表面-调节剂驱动合成方法，用于制造WO3花样组分。掺杂金属/金属氧化物的WO3花样组分可应用于在UV或可见光激活下，使流感病毒和细菌光催化灭活。WO3花样组分中掺杂的金属/金属氧化物可进一步增强抗病毒和抗菌性能。
WO3的形态影响光催化过程期间的电荷分开和重组。本发明的WO3花样组分像花一样并且通过聚集的纳米结构(即，纳米构造块)组装，以形成WO3花样组分。WO3花样组分包括角和边，并且因为低的配位数，定位在角和边中的原子具有更多的催化活性。尤其，WO3花样组分包括WO3纳米板，其聚集以形成WO3花样组分的表面。因为WO3纳米板具有尖角和边，所以与WO3纳米球相比，它们显示出更高的光催化活性。另外，WO3花样组分的花形状可进一步增加表面积，用于增强抗病毒和抗菌性能。
本文提供了光催化剂，包括：氧化钨(WO3)花样组分，其包括在WO3花样组分的表面处的角和边；和金属或金属氧化物的颗粒；其中颗粒分布在WO3花样组分的表面上。
在某些实施方式中，颗粒部分或完全分布在每个WO3花样组分的表面上。
在某些实施方式中，WO3花样组分包括WO3纳米板，其聚集以形成WO3花样组分的至少一部分表面，用于提供角和边。
在某些实施方式中，WO3花样组分包括WO3纳米板，其聚集以形成WO3花样组分的表面，用于提供角和边。
在某些实施方式中，金属为钛(Ti)、锆(Zr)、锰(Mn)、铁(Fe)、钯(Pd)、铂(Pt)、铜(Cu)、银(Ag)、锌(Zn)、铝(Al)或铈(Ce)；并且金属氧化物为氧化钛、氧化锆、氧化短、氧化铁、氧化钯、氧化铂、氧化铜、氧化银、氧化锌、氧化铝或氧化铈。
在某些实施方式中，每个颗粒具有在100nm和900nm之间的粒度。
在某些实施方式中，光催化剂具有在0.01％和50％之间的颗粒的质量浓度。
在某些实施方式中，WO3花样组分具有在100nm和250nm之间的粒度。
在某些实施方式中，WO3花样组分具有圆形状或球形形状。
在某些实施方式中，WO3花样组分进一步掺杂金属离子，所述金属离子为Ti、Zr、Mn、Fe、Pd、Pt、Cu、Ag、Zn、Al或Ce的离子。
本文提供了包括上述光催化剂的消毒材料。
本文提供了用于制造光催化剂的方法，包括：提供包括二羧酸或草酸的调节剂溶液；提供钨酸钠二水合物溶液；将钨酸钠二水合物溶液和调节剂溶液混合，从而形成第一混合物溶液；将酸添加至第一混合物溶液中，从而形成第二混合物溶液；将第二混合物溶液加热，从而形成第一沉淀；从第二混合物溶液中收集第一沉淀；将第一沉淀干燥，从而形成WO3花样组分；和用金属或金属氧化物的颗粒掺杂WO3花样组分，使得颗粒分布在每个WO3花样组分的表面上，从而形成光催化剂。
在某些实施方式中，颗粒部分或完全分布在每个WO3花样组分的表面上。
在某些实施方式中，掺杂的步骤包括将WO3花样组分和包括颗粒的粉末机械混合，以将颗粒分布在每个WO3花样组分的表面上。
在某些实施方式中，掺杂的步骤包括：将WO3花样组分分散在含有颗粒的溶液中，以将颗粒分布在每个WO3花样组分的表面上，从而形成第二沉淀；从溶液中收集第二沉淀；和将第二沉淀干燥，从而形成光催化剂。
在某些实施方式中，金属为Ti、Zr、Mn、Fe、Pd、Pt、Cu、Ag、Zn、Al或Ce。
在某些实施方式中，金属氧化物为氧化钛、氧化锆、氧化锰、氧化铁、氧化钯、氧化铂、氧化铜、氧化银、氧化锌、氧化铝或氧化铈。
在某些实施方式中，二羧酸为1，4-苯二羧酸。
在某些实施方式中，钨酸钠二水合物溶液具有的钨酸钠二水合物的浓度在0.05mol/L和0.30mol/L之间。
在某些实施方式中，第一混合物溶液中钨酸钠二水合物和草酸的质量比在1∶1.1和1∶2.0之间。
在某些实施方式中，酸为盐酸(HCI)
在某些实施方式中，添加HCI，以将第二混合物溶液的pH值调整为0.1至1.0。
在某些实施方式中，将第二混合物溶液在80-100℃下加热8-12小时。
在某些实施方式中，用于制造光催化剂的方法包括：通过将草酸粉末溶解在去离子水中制备调节剂的水溶液；通过将钨酸钠二水合物粉末溶解在去离子水中制备钨酸钠二水合物粉末的水溶液；逐滴添加钨酸钠二水合物水溶液至调节剂水溶液，以形成第一混合物溶液；添加37％的HCI至第一混合物溶液，以形成pH值在0.1和1.0之间的第二混合物溶液；加热和搅拌第二混合物溶液；通过离心从第二混合物溶液收集沉淀；用水和乙醇冲洗沉淀；并且风干固体样品；和用金属氧化物掺杂固体样品。
用于制造WO3花样组分的本发明的方法为简单的表面-调节剂驱动合成方法。如图1A中显示，通过使用钨酸钠二水合物作为开始材料，草酸作为用于介导合成的WO3的结构的调节剂(例如，有助于单斜晶体的形成)，和HCI控制前体水溶液的pH值，制备某些实施方式的WO3花样组分。优选地使用HCI，因为其它酸可导致副产物的形成。草酸充当调节剂来控制WO3纳米颗粒的生长方向，用于合成自组装花样结构/纳米花。引入足够量的草酸(例如，1.5∶1的草酸/钨酸钠二水合物比例)提供足够的草酸盐离子，以与WO3纳米板的结构水形成氢键，其导致纳米板聚集，并且出现在花样组分形态中(例如，如图2A和图2B中显示)。
参考图1A，在步骤S11中，通过滴加将钨酸钠二水合物溶液添加至草酸，以形成第一混合物溶液。在步骤S12中，通过滴加将HCI添加至第一混合物溶液，以形成第二混合物溶液。在步骤S13中，将第二混合物溶液加热和回流，以形成WO3花样组分的沉淀101。在步骤S14中，通过离心收集沉淀1O1，并且干燥以形成干燥的WO3花样组分102。在步骤S15中，将干燥的WO3花样组分102分散在金属离子溶液中，用于用金属氧化物颗粒104掺杂WO3花样组分，以形成掺杂金属氧化物的WO3花样组分的沉淀103。在该实施方式中，金属离子溶液中的金属离子(例如，Ti、Zr、Mn、Fe、Pd、Pt、Cu、Ag、Zn、Al或Ce离子)也充当掺杂至WO3花样组分中的掺杂剂。在步骤S16中，通过离心收集沉淀103，并且干燥以形成干燥的掺杂金属氧化物的WO3花样组分105，并且每个干燥的掺杂金属氧化物的WO3花样组分包括干燥的WO3花样组分102和分布在干燥的WO3花样组分102上的金属氧化物颗粒104。可选地，在步骤S14之后，将干燥的WO3花样组分102与具有金属氧化物颗粒104的粉末直接和机械混合，以形成掺杂金属氧化物的WO3花样组分105，如在步骤S17中显示。
金属氧化物颗粒104可增强WO3花样组分102的光催化活性。这些助催化剂可利于氧的多电子还原，然后WO3导带上的电子将氧有效地还原成超氧化物阴离子O2-·，如图1B中显示。ROS的形成对于杀菌、病毒以及有机污染物降解是重要的。
实施例1：WO3花样组分的制备
作为WO3花样组分的具体实施例，将钨酸钠二水合物(3.3g，0.01mmol)溶解在60mL的去离子水中，以得到0.17mol/L的透明溶液。随后，将草酸(1.5g，0.015mmol)添加至反应系统中，并且将获得的溶液在室温下搅拌30分钟。在连续的搅拌下，将1.5mL的37％HCI水溶液逐滴添加至上面的溶液中，直到pH 0.1。将反应容器转移至90℃的油浴中。4小时反应之后，将最终的黄色沉淀离心并且用去离子水和乙醇重复地冲洗，随后将样品在空气中风干，由此获得WO3花样组分。
图2A的SEM图像显示了实施例1的多个WO3花样组分20。如图2B中显示，WO3花样组分20具有随机聚集的多个WO3纳米板21，以形成WO3花样组分20的表面，并且WO3纳米板21具有角22和边23，并且定位在角22和边23中的原子可提供更多的催化活性，以增强抗菌和抗病毒性能。
实施例2：掺杂CuO的WO3花样组分的制备
作为掺杂CuO的WO3花样组分的具体实施例，存在含有99.5wt％的WO3花样组分和0.5wt％的氧化铜(II)粉末的混合粉末。通过将氧化铜(II)和WO3花样组分一起研磨10分钟来制备混合粉末。
图3A显示了实施例2的掺杂CuO的WO3纳米花30，其包括WO3纳米花31和分布在WO3纳米花31的表面上的CuO颗粒。WO3纳米花31包括随机聚集的WO3纳米板32，以形成WO3纳米花31的表面，并且WO3纳米板31具有角33和边34。图3B显示了掺杂CuO的WO3纳米花30的EDX，其表明存在CuO，并且掺杂CuO的WO3纳米花具有的Cu的质量浓度为6.54％。
为了评估抗菌和抗病毒特性，使实施例1的WO3花样组分进行采自ISO 27447：2009的抗菌特性评估测试和采自ISO18184：2019的抗病毒特性评估测试。
为了制备测试样品，将WO3花样组分与分散介质例如，水混合。通过超声分散机进行分散工艺。通过将获得的分散液体涂布在测试件比如玻璃板上制备测试样品。通用方法包括滴落、旋涂、浸渍、喷雾等。将WO3花样组分以0.02mg/cm2或更大并且40mg/cm2或更小的范围粘附在5x5cm载玻片上。
图4显示了描绘用于抗菌测试的照射配置的示意图。照射配置包括光源41、塑料盖42，盖玻片43、涂布WO3的载玻片44、湿滤纸45、金属螺母46、金属板47和细菌悬液48。
基于采自ISO 27447：2009测试(将UV光源替换为可见光源41)，根据玻璃粘附测试评估细菌的减少百分数。将细菌悬液48(0.1mL；105CFU mL-1)吸取在测试表面(5×5cm2)上并且施加盖玻片(4×4mm2)。如图4中显示，将样品放置在配备湿滤纸45和用于支撑的正方形金属板47的正方形培养皿(100×100×20mm3)中。至少一种细菌选自金黄色葡萄球菌、大肠埃希杆菌、克雷伯杆菌属肺炎菌和铜绿假单胞菌中。可见光灯(1000lx)用作光源。在照射4小时之后，将盖玻片上的样品振荡至3mL的盐水溶液中，连续稀释和分散在琼脂培养基上。为了确定活细胞的数量(计数为GFU mL-1)，将样品在37℃下温育24小时并且然后计数细菌菌落。
图5A和图5B显示了LB琼脂平板上对照样品和WO3花样组分的抗菌测试结果。如图5A中显示，在对照样品上可见埃希大肠杆菌菌落，而如图5B中显示，在WO3花样组分处理的样品上没有出现可见菌落，表明WO3花样组分可有效杀死细菌。
根据采自ISO18184：2019测试方法(使用涂布WO3花样组分的玻璃板作为测试样本并且用可见光照射样品)，评估WO3花样组分的抗病毒活性。使用可见光源(1000lx)并且将样品照射4小时。用PBS稀释浓缩的病毒，以将病毒效价调整为六TCID50/ml。在室温下(25℃)进行反应。也在不锈钢盒子中，在黑暗条件下评估涂布WO3花样组分的玻璃板。在指示的时间处，取出有病毒斑点的玻璃板并且在塑料袋中用1ml的用于MDGK细胞的维持培养基清洗。将回收的病毒转移至微型管中，并且离心以去除碎片，并且将所得上清液在MDGK细胞上滴定。
如下计算细菌或病毒的减少百分数：减少百分数＝(A-B)x100/A，其中A为处理之前活微生物的数量，并且B为处理之后活微生物的数量。
图6显示了根据抗病毒测试(H1N1)，实施例2的掺杂CuO的WO3花样组分的样品的测试结果。掺杂CuO的WO3花样组分的样品显示了99.99％的病毒减少。
可通过掺杂过渡金属元素或它们的氧化物来增强WO3花样组分的抗菌的和抗病毒特性。将WO3花样组分和过渡金属元素(具体地，单个元素或选自Ti、Zr、Mn、Fe、Pd、Pt、Cu、Ag、Zn、Al和Ce中的至少一种元素的金属氧化物)组合的方法包括各种组合方法，比如用于混合粉末的直接混合方法以及浸渍方法。
为了评估抗菌特性，使实施例2的掺杂CuO的WO3花样组分进行采自ISO 27447：2009的抗菌特性评估测试。
图7A至图7C显示了LB琼脂平板上对照、商业WO3颗粒和WO3花样组分的抗菌测试结果。如图7A和图7B中显示，在对照样品和涂布商业WO3颗粒的样品上埃希大肠杆菌菌落是可见的，而如图7C中显示在涂布掺杂CuO的WO3花样组分的样品上没有可见的菌落，表明掺杂CuO的WO3花样组分可有效杀死细菌。相应地，商业WO3颗粒和掺杂CuO的WO3花样组分的形态分别显示在图7D和图7E。另外，一些报道揭示了掺杂Cu(II)的WO3纳米颗粒仅提供～85％的抗菌减少，这小于在120分钟可见光照射下，掺杂CuO的WO3花样组分的＞99.99％的抗菌减少。这表明WO3的结构/形态在抗菌/抗病毒特性中是关键因素。
因此，可见改良的光催化剂表现出抗菌和抗病毒性能，而不需要UV光的照射。所以，即使当将掺杂金属/金属氧化物的WO3花样组分催化剂施加至在具有低亮度的室内环境中使用的产品，比如内部的天花板、壁、地板、家具和家用电器时，也可获得实际的抗菌性能。另外，WO3花样组分中掺杂的金属/金属氧化物可增强抗菌和抗病毒性能。
尽管已经根据某些实施方式描述了本发明，但是对本领域普通技术人员显而易见的其他实施方式也在本发明的范围内。相应地，本发明的范围旨在仅仅由所附的权利要求限定。

Claims (20)

1.一种光催化剂，包括：
氧化钨(WO3)花样组分，包括在所述WO3花样组分的表面处的角和边；和
金属或金属氧化物的颗粒；
其中所述颗粒分布在所述WO3花样组分的表面上。
2.根据权利要求1所述的光催化剂，其中所述WO3花样组分包括WO3纳米板，其聚集以形成所述WO3花样组分的至少部分表面，用于提供所述角和所述边。
3.根据权利要求1所述的光催化剂，其中所述WO3花样组分包括WO3纳米板，其聚集以形成所述WO3花样组分的表面，用于提供所述角和所述边。
4.根据权利要求1所述的光催化剂，其中所述金属为钛(Ti)、锆(Zr)、锰(Mn)、铁(Fe)、钯(Pd)、铂(Pt)、铜(Cu)、银(Ag)、锌(Zn)、铝(Al)或铈(Ce)；并且所述金属氧化物为Ti、Zr、Mn、Fe、Pd、Pt、Cu、Ag、Zn、Al或Ce的氧化物。
5.根据权利要求1所述的光催化剂，其中每个颗粒具有在100nm和900nm之间的粒度。
6.根据权利要求1所述的光催化剂，其中所述光催化剂具有在0.01％和50％之间的所述颗粒的质量浓度。
7.根据权利要求1所述的光催化剂，其中所述WO3花样组分具有在100nm和250nm之间的粒度，并且具有圆形状、球形形状或花样形状。
8.根据权利要求1所述的光催化剂，其中所述WO3花样组分进一步掺杂金属离子，所述金属离子为Ti、Zr、Mn、Fe、Pd、Pt、Cu、Ag、Zn、Al或Ce的离子。
9.一种包括根据权利要求1所述的光催化剂的消毒材料。
10.一种用于制造光催化剂的方法，包括：
提供包括二羧酸或草酸的调节剂溶液；
提供钨酸钠二水合物溶液：
将所述钨酸钠二水合物溶液和所述调节剂溶液混合，从而形成第一混合物溶液；
将酸添加至所述第一混合物溶液中，从而形成第二混合物溶液；
将所述第二混合物溶液加热，从而形成第一沉淀；
从所述第二混合物溶液中收集第一沉淀；
将所述第一沉淀干燥，从而形成WO3花样组分；和
用金属或金属氧化物的颗粒掺杂所述WO3花样组分，使得所述颗粒分布在每个WO3花样组分的表面上，从而形成所述光催化剂。
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述掺杂包括将所述WO3花样组分和包括所述颗粒的粉末机械混合，以将所述颗粒分布在每个WO3花样组分的表面上。
12.根据权利要求10所述的方法，其中所述掺杂包括：
将所述WO3花样组分分散在含有所述颗粒的溶液中，以将所述颗粒分布在每个WO3花样组分的表面上，从而形成第二沉淀；
从所述溶液中收集所述第二沉淀；和
将所述第二沉淀干燥，从而形成所述光催化剂。
13.根据权利要求10所述的方法，其中所述金属为Ti、Zr、Mn、Fe、Pd、Pt、Cu、Ag、Zn、Al或Ce。
14.根据权利要求10所述的方法，其中所述金属氧化物为Ti、Zr、Mn、Fe、Pd、Pt、Cu、Ag、Zn、Al或Ce的氧化物。
15.根据权利要求10所述的方法，其中所述二羧酸为1，4-苯二羧酸。
16.根据权利要求10所述的方法，其中所述钨酸钠二水合物溶液具有的钨酸钠二水合物的浓度在0.05mol/L和0.30mol/L之间。
17.根据权利要求10所述的方法，其中所述第一混合物溶液中钨酸钠二水合物和草酸的质量比在1∶1.1和1∶2.0之间。
18.根据权利要求10所述的方法，其中所述酸为盐酸(HCl)。
19.根据权利要求18所述的方法，其中添加所述HCl到所述第一混合物溶液，以将所述第二混合物溶液的pH值调整为0.1至1.0。
20.根据权利要求10所述的方法，其中将所述第二混合物溶液在80-100℃下加热8-12小时。
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102266783A (zh) * 2011-06-23 2011-12-07 浙江大学 一种铁掺杂三氧化钨光催化剂及其制备方法
CN102757095A (zh) * 2011-04-29 2012-10-31 北京化工大学 一种氧化钨纳米片自组装微球及其制备方法和应用
US20160355409A1 (en) * 2015-06-08 2016-12-08 King Fahd University Of Petroleum And Minerals Method for disinfecting a fluid with a palladium-doped tungsten trioxide photo-catalyst
CN106732638A (zh) * 2016-12-21 2017-05-31 阜阳师范学院 一种光催化剂Fe2O3‑WO3及其制备方法
CN110512259A (zh) * 2019-08-08 2019-11-29 浙江工业大学 一种水合三氧化钨纳米花的电化学制备方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102757095A (zh) * 2011-04-29 2012-10-31 北京化工大学 一种氧化钨纳米片自组装微球及其制备方法和应用
CN102266783A (zh) * 2011-06-23 2011-12-07 浙江大学 一种铁掺杂三氧化钨光催化剂及其制备方法
US20160355409A1 (en) * 2015-06-08 2016-12-08 King Fahd University Of Petroleum And Minerals Method for disinfecting a fluid with a palladium-doped tungsten trioxide photo-catalyst
CN106732638A (zh) * 2016-12-21 2017-05-31 阜阳师范学院 一种光催化剂Fe2O3‑WO3及其制备方法
CN110512259A (zh) * 2019-08-08 2019-11-29 浙江工业大学 一种水合三氧化钨纳米花的电化学制备方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
LI LINZHI等: "Oxalic acid mediated synthesis of WO3•H2O nanoplates and self-assembled nanoflowers under mild conditions", JOURNAL OF SOLID STATE CHEMISTRY *
ZHANG JIAN等: "Facile synthesis 3D flower-like Ag@WO3 nanostructures and applications in solar-light photocatalysis", JOURNAL OF ALLOYS AND COMPOUNDS， *

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