[发明专利]一种钨氧化物纳米片及其制备方法和催化应用

说明书

技术领域

本发明涉及纳米材料，具体涉及一种钨氧化物纳米片，本发明还 涉及该纳米片的制备方法和催化应用。

背景技术

氧化钨是一种金属氧化物半导体材料，具有广泛的应用，不仅可 以用作光电材料，还以作用光催化剂，同时氧化钨还可以催化氧化、 脱硫等反应。众所周知，其微观形貌、尺寸、结晶度和比表面积均对 催化性能具有显著影响。形貌单一的氧化物纳米材料的制备相当困 难，一般要经高温热处理才能得到，如中国专利号201310252837.0 公开了一种经520℃高温热处理得到氧化钨纳米粉末的方法，中国专 利申请号201510178043.3公开了一种首先经电纺丝制备前驱体然后 经500℃高温热处理得到氧化钨纳米带的方法，中国专利申请号 201510222857.2公开了一种需要经高温煅烧、高温还原、氢氟酸处理 等复杂步骤制备存在氧空位的介孔氧化物纳米材料，该材料中存在氧 空位其催化性能显著提高,中国专利申请号201510101103.1公开了 一种水热法合成氧化物纳米片阵列的方法。

纳米片阵列由于片层之间的紧密排列，相对于普通纳米材料在催 化和光电性能等方面具有更加突出的优势，而氧空位的存在有利于空 穴和载流子的产生，对于氧化钨纳米材料的催化性能具有显著的提 高。而不论氧化钨纳米片还是存在氧空位的氧化物，其制备方法都相 当的困难。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种相对简单的存在氧空穴 的钨氧化物纳米片及其制备方法和在催化领域中的应用。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种钨氧化 物纳米片，其尺寸大小为140-160纳米，厚度为10-20纳米，颜色为 浅绿色到墨绿色，样品不溶于水、酸、碱和一般有机溶剂，具有催化 活性。

本发明钨氧化物纳米片的制备方法为：

在酸性条件下以水合钨酸钠为原料在溶剂中加入适当的添加剂， 以溶剂热或者直接加热的方法一步直接合成，其制备方法步骤为：

(1)将1～5毫摩尔的二水合钨酸钠溶解在5～20毫升水中， 搅拌5～20分钟，配成均以透明的溶液；

(2)向上述溶液中加入乙醇或甲醇5～20毫升，搅拌5～20分 钟；

(3)向上述溶液中加入相应的盐酸、硝酸或硫酸5～20毫升， 搅拌5～20分钟；

(4)向上述溶液中加入相应的聚乙二醇0.1～0.5克表面活性 剂，搅拌5～20分钟；

(5)将上述混合物转入内衬为聚四氟乙烯的50毫升或100毫升 高压反应釜中，150～180℃反应10～24小时；或者将上述混合物转 入100毫升或205毫升圆底烧瓶中，搅拌回流1～24小时；冷却至室 温；

(6)将上述冷却后的反应混合物倒入500毫升蒸馏水中，收集 沉淀物，依次用去离子水和无水乙醇洗涤，真空干燥得到存在氧空穴 的钨氧化物(WO_3-x)纳米片。

本发明钨氧化物纳米片在催化氧化硫醚、催化氧化仲胺、催化烯 烃环氧化和催化可见光降解有机染料污染物方面的应用如下：

存在氧空穴的钨氧化物(WO_3-x)纳米片催化硫醚的氧化，以过氧 化氢为氧化剂在溶剂中选择性的将硫醚氧化为对应的亚砜或砜；

具体催化氧化过程步骤为：

(1)将1毫摩尔的硫醚加入到反应器中，加入溶剂1～5毫升， 加入催化剂(WO_3-x)0.005～0.05毫摩尔，30％的过氧化氢1～3毫摩 尔，20～30℃搅拌10～120分钟；

(2)将上述反应物稀释至10毫升，乙醚萃取，浓缩除去溶剂， 快速柱层析，用所得纯品计算收率。

存在氧空穴的钨氧化物(WO_3-x)纳米片催化氧化仲胺为对应的亚 胺，氧化剂为过氧化苯甲酸或过氧化氢；

具体催化氧化过程步骤为：

(1)将1毫摩尔的仲胺加入到反应器中，加入溶剂1～5毫升， 加入催化剂(WO_3-x)0.005～0.05毫摩尔，30％的过氧化氢1～3毫摩 尔或间氯过氧化苯甲酸～3毫摩尔，20～30℃搅拌30～360分钟；

(2)将上述反应物稀释至10毫升，乙醚萃取，浓缩除去溶剂， 快速柱层析，用所得纯品计算收率。