[发明专利]SiO2-WO3复合气凝胶及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及高比表面积的SiO₂-WO₃复合气凝胶的常压干燥制备方法。

背景技术

氧化钨(WO₃)是一种n型半导体金属氧化物，具有许多独特的性能，如呈现出优异的电致变色、光致变色、气敏性和光催化活性等。由于氧化钨的禁带宽度较小(2.4～2.8eV)，它具有潜在的可见光催化能力。目前，WO₃作为光催化材料已得到了人们的广泛关注，研究发现，WO₃/TiO₂纳米材料具有比纯TiO₂更好的光催化性能(D.N.Ke，H.J.Liu，T.Y.Peng，et.al.Mater.Lett.2008，62：447.)，特别是负载纳米Pt颗粒的WO₃表现出优异的光催化分解有机污染物的光催化活性(Ryu Abe，Hitoshi Takami，Naoya Murakami et al.J.Am.Chem.Soc.2008，130：7780.)。

多孔结构可赋予材料高的吸附作用，如果吸附/光催化协同作用，则有望更加高效地消除空气、水中的有机污染物。SiO₂气凝胶是一种特殊的多孔材料，具有轻质、高比表面积和高孔容积等特点。利用工业水玻璃通过常压干燥技术制备SiO₂气凝胶的研究已有较多报道，其工艺也比较成熟。SiO₂凝胶的网络结构较强，相比之下，WO₃凝胶的网络结构要差一些。因此制备SiO₂-WO₃复合气凝胶有望将SiO₂的高热稳定性和优良的机械强度、气凝胶多孔材料的高吸附性以及WO₃良好的可见光催化活性结合在一起，在涉及吸附/光催化的许多领域将具有非常广泛的应用前景。

众所周知，纳米粒子的微观结构和形貌对其性能具有重要影响。最近，控制WO₃形貌的制备技术已有较多报道；利用模板法制备W掺杂介孔SiO₂材料的研究也有所报道(苏赵辉，陈启元，李洁等.物理化学学报，2007，23(11)：1760-1764)，但溶胶-凝胶和溶剂交换-表面改性相结合的常压制备介孔SiO₂-WO₃复合气凝胶的研究还未见报道；而介孔WO₃气凝胶的制备研究较少，目前仅有超临界制备WO₃气凝胶的研究报道(Zoran Novak，Petra Kotnik，Zeljko Knez.Journal ofNon-Crystalline Solids，2004，350：308-313)。超临界干燥技术往往可以成功地获得多孔结构，但由于超临界干燥工艺需要用到高压釜，工艺复杂、成本高，而且有一定的危险性。因此，SiO₂-WO₃复合气凝胶的常压干燥制备技术更有潜在的工业化生产和实际应用价值。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高孔容和比表面积的SiO₂-WO₃复合气凝胶，并提供利用常压干燥技术制备这种复合气凝胶的方法。

本发明所述的SiO₂-WO₃复合气凝胶的Si/W摩尔比为12∶1～12∶25，比表面积为329～720m²/g、孔体积为0.6～1.8cm³/g、BJH最可几孔直径4～10nm、平均孔直径4～9nm。

本发明的上述SiO₂-WO₃复合气凝胶通过下述方法制备：

①分别配制钨酸溶液和硅酸溶液；

②制备SiO₂-WO₃复合溶胶-凝胶，使Si/W摩尔比为12∶1～12∶25；

③凝胶网络增强处理；

④对复合凝胶进行改性及孔隙水溶剂替换处理，改性液由有机硅氮烷类、有机硅氧烷类和烷烃类试剂组成；完成后用烷烃类试剂清洗改性后的湿凝胶；

其中的有机硅氮烷类选自六甲基二硅氮烷或七甲基二硅氮烷，优选六甲基二硅氮烷，有机硅氧烷类选自甲基三乙氧基硅烷、六甲基二硅氧烷、二甲基二乙氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷或十甲基四硅氧烷，优选六甲基二硅氧烷，改性液中的烷烃类选自正己烷、环己烷或庚烷，优选正己烷；