[发明专利]一种精细调控纳米多孔钨的制备方法

说明书

一种精细调控纳米多孔钨的制备方法，属于纳米孔薄膜技术领域。通过阳极氧化法，在含氟离子的酸性环境下，进行恒压原位合成有序多孔三氧化钨(WO₃)纳米材料薄膜，获得的纳米多孔三氧化钨在400‑700℃还原气体氢气中进行2‑4h脱氧退火热处理，最终得到孔径为50nm到80nm，孔深为200nm‑1000nm分布均匀，排列规整纳米多孔钨的方法。由此方法获得的纳米多孔钨我们可以通过控制氧化条件和环境进而制备出孔径从不规整到规整，孔深从200nm到1000nm进行选择制备，再加上钨金属的高耐腐性，化学性质稳定，具有广泛的应用前景。纳米多孔钨由于具有比表面积大，活性位点多等特点，所以被广泛应用于能量存储、催化、催化载体和传感等领域。

技术领域

一种精细调控纳米多孔钨的制备方法，在高纯度金属材料钨表面原位生长出纳米孔，再在还原气体氢气中脱氧退火热处理，得到纳米多孔钨，属于纳米孔薄膜技术领域。

背景技术

纳米多孔钨由于具有比表面积大，活性位点多等特点，所以被广泛应用于能量存储、催化、催化载体和传感等领域。为了更好的利用纳米多孔钨的这些特性，制备出比表面积大、形状规整、稳定性好、尺寸可控的纳米多孔钨材料势在必行。电化学阳极氧化法是一种方法简单、成本低廉并且适合重复性批量生产的方法，其基本原理是以需要表面处理的金属为阳极，以石墨或另一种金属为阴极，放入电解液，调控适当的电解液浓度、电压和氧化时间，就会在阳极金属表面原位生成一层具有一定形状和厚度排列规整的氧化膜，然后再利用氢气的还原性，将阳极氧化得到的纳米多孔三氧化钨还原成纳米多孔钨，在这个过程中我们就可以通过改变氧化条件来进一步控制多孔钨的形状。进而来改善多孔钨在能量存储、催化、催化载体和传感等领域的应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种比表面积大、形状规整、稳定性好、尺寸可控，耐腐蚀性强，孔深可控的多孔钨的制备方法。该制备方法采用阳极氧化法，选择特定的电解液和氧化条件，在金属表面原位获得多孔纳米三氧化钨，然后在还原性气体中脱氧退火处理，得到多孔钨阵列薄膜。同时基于钨本身的高稳定性和耐腐蚀性，再加上表面的多孔结构为储能和电催化材料及载体提供了非常好的支撑载体作用。

本发明的纳米多孔钨材料，是以高纯金属材料钨为基体，其特征在于；是通过分子自组装过程在金属材料钨表面原位获得较为均匀的纳米多孔三氧化钨，然后在H₂中进行还原脱氧热处理，可以根据自身需求选择制备孔径和孔深的一种方法，并且结构均匀可调。

本发明的制备过程包括以下步骤；

(1)钨片预处理：首先将高纯度钨片表面氧化层去除，用洗洁剂清洗，再用去离子水，无水乙醇和丙酮分别超声50-10min清洗，然后烘干备用。

(2)电解液的配制：电解水溶液中至少包括含氟离子的化合物和酸性环境，是借助了氟离子能降低材料的表面能，及在酸性和电场条件下具有强的定向刻蚀的特点；含氟离子化合物选自NH₄F，酸性环境选自(NH₄)₂SO₄，进一步电解液中还包括H₃PO₄或Na₂SO₄；0.1-0.3mol/L NH₄F，0.2-1mol/L(NH₄)₂SO₄，0.1-0.3mol/L H₃PO₄，0.5-2mol/L Na₂SO₄。

(3)阳极氧化制备一维纳米材料多孔三氧化钨，待配制的电解水溶液完全溶解，进行阳极氧化制备一维纳米材料多孔三氧化钨，反应条件：20℃恒温、40V-50V恒压、氧化时间至少为0.5h；氧化后的样品取出，用去离子水冲洗，烘干备用；

(4)热处理：将步骤(3)阳极氧化后的样品在400-700℃的还原性气体氢气条件下进行2-4h保温热处理，然后随炉冷却至室温，然后取出用去离子水超声，烘干即可，制备完成。