[发明专利]一种WO3/ZnWO4复合微纳米纤维的制备方法及其产品

说明书

本发明公开了一种WO₃/ZnWO₄复合微纳米纤维的制备方法，步骤包括：首先以锌盐与二甲基咪唑为原料制备Zif‑8；然后加入聚乙二醇200、甲酰胺配制Zif‑8的Tris‑HCl溶液；再将钨酸溶于氨水中得到溶液；然后将两种溶液缓慢滴加到聚乙烯吡咯烷酮（PVP）溶液中，得到前驱体纺丝液，通过静电纺丝和热处理后，得到最终产品。本发明生产的WO₃/ZnWO₄复合微纳米纤维，纤维主体是由WO₃和ZnWO₄纳米颗粒复合而成，表面具有WO₃异质相颗粒。本发明将金属有机框架材料（Zif‑8）引入到WO₃纤维的合成过程中，制备工艺简便，反应可控性强、操作性好，产物的晶相结构与微观形貌可调，重复性好。本发明得到的WO₃/ZnWO₄复合微纳米纤维将在气敏、催化等方面显示出重要的市场应用前景。

技术领域

本发明涉及一种WO₃/ZnWO₄复合微纳米纤维的制备方法，具体涉及一种纤维表面具有WO₃异质相颗粒的尺寸可调的WO₃/ZnWO₄复合微纳米纤维的制备方法。

背景技术

工业科技的快速发展导致了大量的有害气体不断释放到空气中，对人类的身体健康和生态环境带来了极大的危害。发展半导体气敏材料能够有效实现对各种气体的检测，并在一定程度上能够对大气环境进行实时监控，具有重要的实用价值。

目前，常见的半导体气敏材料主要集中于SnO₂、Fe₂O₃、In₂O₃、ZnO、WO₃等典型的半导体氧化物，经过多年的研究，通过溶胶凝胶法、气相合成法、微波辅助法、水热合成法等过程能够制备出具有不同微观形貌的半导体气敏材料，显示出较好的气敏性能。其中，一维半导体气敏材料具有较大的比表面积，直径可调，能够为不同气体提供更多的接触通道，可以明显地降低传感器件的体积，控制载流子的输运过程沿一维线性方向传输，气体灵敏性显著等特点，已经广泛应用于气敏器件领域中。一维半导体气敏材料可以通过多种合成方法进行制备，其中，静电纺丝技术具有操作简单、效率高、设备廉价等优势，受到人们的普遍关注。通过合理调控静电纺丝工艺参数，能够得到多孔、珠链状、带状、中空等不同形貌的纤维结构。研究表明，通过成分掺杂、表面改性、表面负载、异质相复合等多种方式可以极大地增强纤维产品的气敏性能。例如，半导体复合材料通常展示出两种化合物气敏材料的协同作用机制，通过调控异质相的数量、尺寸、结构等参数，可以实现气敏特性的优化。

目前，常规静电纺丝法制备WO₃/ZnWO₄复合微纳米纤维的过程主要包括：（1）直接将一定量的Zn²⁺加入到含钨体系中形成前驱体纺丝液，经过静电纺丝和热处理过程得到由WO₃颗粒和ZnWO₄颗粒均匀分布组成的复合纤维材料，产品的微观形貌主要受到前驱体纤维的尺寸及成分、热处理制度等的影响，可以控制WO₃颗粒和ZnWO₄颗粒的团聚程度和粒径分布范围；（2）首先利用静电纺丝和热处理过程得到直径可控的WO₃微纳米纤维，再通过水热合成等第二步反应在纤维表面上负载ZnWO₄纳米颗粒，得到的复合纤维制备工艺相对复杂，形貌重复性差，纤维的直径只受静电纺丝和热处理过程影响，表面异质相的尺寸与分布状况只受第二步合成参数影响。当前利用静电纺丝法合成WO₃基复合微纳米纤维的研究还处于起步阶段，主要采取的合成技术是在WO₃纤维表面通过水热反应得到第二相的纳米颗粒，这种工艺过程相对复杂，产品的微观形貌重复性差，表面异质相易脱落，气敏性能波动明显。

发明内容