[发明专利]一种可调形貌稀土离子共掺氧化钨纳米颗粒及其合成方法

说明书

本发明属于无机纳米材料领域，具体涉及一种可调形貌稀土离子共掺氧化钨纳米颗粒及其合成方法，该稀土离子共掺氧化钨纳米颗粒的化学式为WO₃:RE³⁺，晶相为单斜晶型。具体合成过程为：向钨酸钠水溶液中加入稀土离子硝酸盐溶液，再滴加浓盐酸、正丁醇和EDTA‑2Na并充分搅拌，然后将混合溶液进行水热处理，溶液自然冷却后经离心、洗涤、干燥得到立方体形WO₃:RE³⁺纳米颗粒，再将颗粒进行高温退火得到类椭球状的WO₃:RE³⁺颗粒。本发明使用的混合溶剂热法合成的WO₃:RE³⁺纳米颗粒具有粒径均匀、尺寸较小、分散性好、纯度高等优点，有望作为光催化剂拓展传统氧化钨的光谱响应范围，有效提高催化剂的催化效率。

技术领域

本发明属于无机纳米材料领域，具体涉及一种可调形貌稀土离子共掺氧化钨纳米颗粒及其合成方法。

背景技术

当今社会水污染、大气污染等问题是人类共同面临的急需解决的问题。解决这些环境问题的方法之一是寻找合适的催化剂，利用太阳光的光催化作用，实现有机污染物和有害气体的有效降解。纳米材料因其独特的微小尺寸和结构，具有更高的比表面积和更多的活性位点，这是其体材料所达不到的，因此纳米材料是光催化领域研究的重点研究对象。其中，纳米尺寸的WO₃具有良好的光电转换效应，它的带宽度为2.5～3.0eV，相应的吸收波长为410～500nm，在可见光条件下具有很高的光电响应性能，是很有发展潜力的光催化剂。但太阳光中可见光波段能量只占43％，还有48％的能量分布在近红外波段，氧化钨的太阳能利用率需要进一步提高。开发具有长波段范围光电响应特性的氧化钨纳米光催化剂，无疑会大大提高氧化钨的光催化本领，进而提高其环境净化力。

在之前的研究中，科研工作者们主要针对改变氧化钨的界面特性和物理结构研究其光催化效率。2015年，Chaudhary等人利用氯化十六烷基吡啶、溴化十六烷吡啶、溴铵和十四烷基甲基溴铵等物质，对氧化钨纳米颗粒进行表面功能化，提升氧化钨纳米颗粒的单分散性，实现了光催化效率的提高(Chemical Engineering Journal,288,423–431，2015)。同年，Kailasam等人设计介孔碳氮化物-氧化钨复合结构用于增强其光催化氢化的效率(Chemsuschem，8，1404-1410，2015)；Momeni等人采用光化学沉积技术用同装饰氧化钨制备纳米管实现光催化效率的提高(Applied Surface Science,357,160–166，2015)。LandongLi等人通过层状钨酸的剥落技术，成功制备了氧化钨单晶纳米片，通过累积协同效应，提高氧化钨的光催化效率。但是，迄今为止，关于可提升近红外光催化效率的稀土离子共掺氧化钨纳米颗粒及其合成方法还没有报道。

在专利方面，2013年，哈尔滨工业大学的陈刚等人发明了一种合成烧绿石型立方相半水三氧化钨光催化剂的方法，通过混合溶剂热法合成了烧绿石型立方相半水三氧化钨光催化剂，简化了原来的合成工艺，并申请了中国发明专利(2013101685393)。2016年，东南大学吴东方等人发明了一种毛线团状三氧化钨光催化剂及其绿色合成方法，通过溶剂热法合成了整体为毛线团状，内部由大量纳米片先层层堆积再折叠组装而成的具有多活性位点结构的氧化钨催化剂，并申请了中国发明专利(2016102027084)。以上所述专利中，并没有关于面向近红外光催化应用的稀土离子共掺氧化钨纳米颗粒及其合成方法的报道。

综上所述，近年来，虽然氧化钨用作光催化剂的合成方法得到了快速发展，提高催化效率的研究也不断深入，但是关于可将近红外太阳光转化可见光的稀土离子共掺氧化钨纳米颗粒以及其制备方法还没有报道，也没有公布与其相关的专利。本发明提出利用稀土离子共掺氧化钨纳米颗粒提高氧化钨的光催化效率，并阐述了该种纳米颗粒的特征以及制备方法，具有重要的意义。

发明内容