[发明专利]长波长可见光响应型三氧化钨纳米棒及制备方法

说明书

一种长波长可见光响应型三氧化钨纳米棒，由水合肼作为结构导向剂和氮源，通过液相合成法制备的氮气分子插入的长波长可见光响应型三氧化钨纳米棒，三氧化钨纳米棒的长度为500纳米～1000纳米，直径为20纳米～80纳米。本发明还提供一种长波长可见光响应型三氧化钨纳米棒的制备方法。发明涉及光催化剂技术领域，本发明采用双功能结构导向剂法，以水合肼作为结构导向剂的同时又作为氮源，通过液相合成法制备具有长波长可见光响应的N₂分子插入WO₃(N₂·WO₃)纳米棒。N₂分子的插入会在WO₃的导带与价带之间形成一个中间能级，从根本上减少了三氧化钨的禁带宽度，从而使三氧化钨可以对更长波长的可见光产生响应。

技术领域：

本发明涉及光催化剂技术领域，特别涉及一种长波长可见光响应型三氧化钨纳米棒及制备方法。

背景技术：

近年来环境污染和能源短缺的问题目渐严重，绿色能源的开发迫在眉睫。氢能作为一种新型能源受到了关注。采用半导体氧化物作为光催化剂将太阳能转化为氢能是目前最常用的技术手段。

1972年Fujishima首次以单晶TiO₂作为光催化材料，通过光辅助分解水制取了H₂和O₂，成功地将光能转化成了电能和化学能。但是，由于TiO₂具有较宽的禁带宽度(3.0-3.2eV)，使得它只能对占太阳光总能量仅4％的紫外光产生响应，从而大大地降低了太阳光的利用率，很难在工业上取得应用。所以选择具有较窄禁带宽度的半导体材料作为光催化剂，改善其对可见光的响应，是提升光催化性能的先决条件。

n型半导体三氧化钨禁带宽度为2.6-2.8eV，在酸性条件中具有良好的化学稳定性。因此，以三氧化钨作为光催化材料的研究备受关注。然而纯的三氧化钨只能吸收467nm以下的可见光，对可见光的利用效率依然不够理想。通过金属、非金属掺杂可以改变三氧化钨的能带结构是目前常用的技术手段，掺杂缩所引起的杂质能级可以有效地减小三氧化钨的禁带宽度，这样就可以使三氧化钨对长波长可见光产生响应，进而可以提高其对可见光利用率。但是掺杂会造成三氧化钨晶格中的氧原子缺陷，使三氧化钨的催化性能受到影响。

发明内容：

有鉴于此，有必要提供一种可提高三氧化钨催化性能的长波长可见光响应型三氧化钨纳米棒。

还有必要提供一种长波长可见光响应型三氧化钨纳米棒的制备方法。

一种长波长可见光响应型三氧化钨纳米棒，由水合肼作为结构导向剂和氮源，通过液相合成法制备的氮气分子插入的长波长可见光响应型三氧化钨纳米棒，三氧化钨纳米棒的长度为500纳米～1000纳米，直径为20纳米～80纳米。

一种长波长可见光响应型三氧化钨纳米棒的制备方法，包括以下步骤：

步骤一，将钨酸加入水中，并搅拌使得钨酸悬浮在水中，制备出黄色的悬浊液A；

步骤二，将水合肼以滴加的方式加入到悬浊液A中，随着水合肼的加入，悬浊液A的颜色由黄色变为白色，形成白色悬浊液B；

步骤三，将白色悬浊液B进行蒸发和干燥处理，获得白色粉末C；

步骤四，将白色粉末C煅烧，获得橘红色的三氧化钨粉末，即为长波长可见光响应型三氧化钨纳米棒。

优选的，步骤一中所用的钨酸为H₂WO₄，钨酸与水的用量比依次为：1∶5。

优选的，步骤二中所用的水合肼为一水合肼，其化学式为N₂H₄·H₂O，滴加的方法中所用的滴管的规格为3毫升的滴管。