[发明专利]一种（001）晶面可控的纳米单晶三氧化钨可见光催化剂的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于催化剂制备技术领域，具体涉及一种(001)晶面可控的纳米单晶三氧化钨可见光催化剂的制备方法。 

背景技术

氧化钨是一种新型的半导体材料，也是少数几种易于实现量子尺寸效应的氧化物半导体之一，兼具电致变色、吸收、催化等特性，已被广泛用于燃料电池、化学传感器、光电器件等领域。近年来由于纳米材料制备技术的发展，基于氧化钨纳米材料的高效变色和质子传递性能被发现，并扩展到信息存储、变色窗、大面积信息显示屏、汽车反光镜等多个领域。氧化钨所具有的独特性能与结构、形貌和粒径大小等有密切关系。特殊结构和形貌氧化钨的制备与性质研究一直倍受人们的关注。目前氧化钨的制备方法很多，如已广泛应用的固相法、化学沉积法、溶胶凝胶法、徽乳液法、水热合成法等，采用不同的方法可制备出不同结构的氧化钨粒子，常见的有四方晶系、六方晶系、单斜晶系、正交晶系等。 

有人采用水热技术处理含钨前躯体溶液，通过高温高压环境，合成了(001)晶面暴露、正交相、片状纳米单晶WO₃材料。用这种方法得到WO₃材料，由于其暴露较多的(001)面，对罗丹明B、亚甲基蓝等染料表现出较强的可见光催化降解能力，可进一步应用到对染料废水的处理。 

发明内容

针对上述现有技术中合成片状单晶WO₃路线较为复杂，工艺条件要求较高的缺陷，本发明提供了一种简单的合成路线。 

本发明的技术方案如下： 

一种(001)晶面可控的纳米单晶三氧化钨可见光催化剂的制备方法，具体 包括以下步骤： 

(1)室温下，将钨酸铵加入到氟硼酸的水溶液中，搅拌2-3h，优选2h，其中钨元素与氟硼酸的摩尔比为1∶6～1∶21，优选1∶21； 

(2)将步骤(1)所得溶液在100～180℃下陈化6～48h，优选在100℃下陈化24h，然后冷却至室温，洗涤、干燥，即得(001)晶面可控的纳米单晶三氧化钨可见光催化剂。 

本发明通过对原料比例、陈化时间和陈化温度的调变，控制WO₃的形貌、结构及可见光催化性能，得到了(001)晶面可控的纳米单晶WO₃，其呈纳米片状，平均厚度为13nm，长度约为100nm，可通过厚度的变化来调控(001)面的暴露率，克服了传统单晶WO₃在可见光催化降解污染物时活性较低的缺陷。 

附图说明

图1为实施例1所制得的样品的XRD图谱。 

图2为实施例1所制得样品的场发射扫描电镜图(a，c)，插图为高倍透射电镜图(b)和选区电子衍射图(d)。 

图3为实施例1所制得样品和商业化WO₃紫外-可见漫反射比较图。 

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。 

实施例1 

室温下，将2.0g 5(NH₄)₂O·12WO₃·5H₂O(0.655mmol)粉末添加到20mL50wt％的HBF₄(160mmol)溶液中(HBF₄/W＝20.4)，搅拌2h；然后转移至50mL水热釜中，放入烘箱中在100℃下保持24h；冷却至室温，将所得粉体用去离子水洗涤，然后在100℃下烘干，即得到样品(WO₃-50)。 

图1为所制得的样品的XRD图谱，由图可见样品出现四方相WO₃的特征衍射峰，且未出现其他衍射峰，表明样品由纯四方相WO₃构成，不含其他杂质。 

图2为所制得样品的场发射扫描电镜图(a，c)，插图为高倍透射电镜图(b)和选区电子衍射图(d)，由图可见样品形貌为四方形的纳米片，图b、d表明样品为单晶结构。 

实施例2 

室温下，将2.0g 5(NH₄)₂O·12WO₃·5H₂O(0.655mmol)粉末添加到20mL 40wt％的HBF₄(128mmol)溶液中(HBF₄/W＝16.3)，搅拌2h；然后转移至50mL水热釜中，放入烘箱中在160℃下保持48h；冷却至室温，将所得粉体用去离子水洗涤，然后在100℃下烘干，即得到样品(WO₃-40)。 

实施例3