[发明专利]模板法制备具有规则六方片状形貌的三氧化钨的方法及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用模板法制备具有规则六方片状形貌的三氧化钨的方法。该材料对硫化氢（H₂S）气体表现出优良的气敏特性。属敏感材料及气体传感器技术领域。

技术背景

纳米材料的可控生长，尤其是对于特殊形貌纳米材料的制备和组装，是近年来纳米材料研究的热点和难点。由于其特定的形态和尺寸，使得它们具有独特的催化、非线性光学、半导体和磁性性能，在各种应用中表现出独特的优势。因此，合成特定尺寸与形貌的纳米晶材料无论是在基础科学还是应用研究方面都有着重要的意义。作为重要的宽带隙半导体，三氧化钨（WO₃）因其独特的物理性质和化学性质，适用于气体传感器，电致变色器件，光催化和光电器件等应用，受到广泛的关注。WO₃本身结构复杂，物相繁多，对纳米级WO₃可控合成的研究引起了人们广泛兴趣，时至今日，诸如纳米线、纳米棒，纳米管等各种形貌的WO₃都已被合成出来。制备特殊形貌的WO₃纳米材料的的方法很多，如化学气相沉积、电化学沉积、电化学阳极氧化、溶胶凝胶和模板法等。模板法是一种重要的纳米材料组装方法，其主要思路是采用具有一定的形貌或孔道结构的材料作为模板，将目标材料的纳米粒子或前驱体通过与模板发生一定的相互作用覆盖于模板的表面或填入模板内部形成主客体复合材料，在一定条件下，纳米粒子或前体发生相互交联，形成连续相后去除模板，从而获得具有复制模板的形貌或孔道结构的目标材料。模板法作为一种制备纳米材料的有效方法，其主要特点是模板法不管是在液相中或是气相中发生的化学反应，其反应都是在有效控制的区域内进行的，这就是模板法与普通方法的主要区别。模板法合成纳米材料与直接合成相比具有诸多优点，主要表现在：①以模板为载体精确控制纳米材料的尺寸和形状、结构和性质；②实现纳米材料合成与组装一体化，同时可以解决纳米材料的分散稳定性问题；③合成过程相对简单，很多方法适合批量生产[16]。利用纳米介孔材料规整排列的孔道用为“微反应器”和载体，在合成形态各异的纳米球、饼、线及块体材料方面具有独特的优势。

基于上述思想，我们以具有规则六方片状形貌的氨基功能化NH₂-SBA-15为模板，制备出具有规则形貌的六方片状三氧化钨。所制备出的片状三氧化钨对硫化氢（H₂S）气体表现出优良的气敏特性，所制得的硫化氢传感器具有灵敏度高，选择性好，响应/恢复时间短，重复性好等优点。同时利用多酸组成的可调变性，这种方法还可能被用来制备其他规则形貌的纳米金属氧化物，对于控制纳米材料生长具有积极意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用模板法制备具有规则六方片状形貌的三氧化钨的方法。本发明的另一目的是提供一种对硫化氢（H₂S）气体表现出优良的气敏特性的敏感材料。

本发明是一种基于模板法制备具有规则六方片状形貌的三氧化钨的方法，其特征在于具有以下的工艺过程和步骤：

a．六方片状WO₃前驱体的制备：煅烧后的六方片状介孔材料二氧化硅SBA-15在180 ℃抽真空加热3 h， 然后将1 ～ 5mg 上述SBA-15分散在15 ml浓度为2-5% 的γ-氨丙基三甲氧基硅烷（APTMS）的无水甲苯溶液中，回流24 h后将样品取出，抽滤，用无水甲苯或乙醇溶剂洗涤，然后在烘箱中60 ～ 85 ℃放置1 ～ 3 h，干燥后备用，该样品记为APTMS/SBA-15；在10 ～ 20 mg APTMS/SBA-15 中加入1 ～ 5 ml 含有0.1 × 10^-3 mol H₃PW₁₂O₄₀ （磷钼酸）的醇溶液，在60 ℃持续搅拌后抽滤，并用大量乙醇洗涤三次，然后在50 ℃干燥 30 h，得到H₃PW₁₂O₄₀/APTMS/SBA-15；

b．六方片状WO₃材料的制备：将上述反应得到的H₃PW₁₂O₄₀/APTMS/SBA-15，在马弗炉中从室温以程序升温加热到500 ℃，并500 ℃ 空气中保持3 h，所获样品记为WO₃ /SBA-15；将WO₃/SBA-15在HF水溶液中溶解，除去SBA-15氧化硅得到纯的呈浅绿色的WO₃。