[发明专利]一种制备介孔三氧化钨薄膜的电化学方法

说明书

一种制备介孔三氧化钨薄膜的电化学方法，所述方法为：以经过预处理的金属钨为阳极，钛片或铂片为阴极，在电解液中，于温度为5～40℃、电压为3～15V的条件下进行恒电位阳极氧化1～7h，之后取出金属钨，清洗、干燥后即在金属钨表面制得一层介孔三氧化钨薄膜；本发明可通过控制电解液组分，阳极氧化电压和氧化时间在金属钨表面得到孔径不同的三氧化钨薄膜；所制得的三氧化钨薄膜具有显著的介孔结构，比表面积大，与金属钨基底结合牢固，不易脱落；本发明制备工艺简单、成本低廉、操作简便、效率高，在工业化应用方面具有广阔的应用前景。

(一)技术领域

本发明涉及一种制备介孔三氧化钨薄膜的电化学方法，具体涉及一种在含离子液体的有机溶剂电解液中经阳极氧化制备介孔三氧化钨薄膜的方法。

(二)背景技术

三氧化钨是一种间接带隙跃迁的半导体纳米材料，具有电致变色和气敏等特性，可应用于智能窗、显示器、H₂传感器等领域。具有介孔结构的三氧化钨薄膜，由于高比表面积和特殊的光谱响应，能使其气敏及电致变色灵敏度有所增强，近年来制备介孔三氧化钨薄膜成为了研究热点。

电化学阳极氧化是一种价格低廉并能够在较大面积上构建孔径可调、形貌规则的多孔纳米材料的方法，其基本原理是以金属或合金置于相应的电解液中作为阳极，在特定条件和外加电场的作用下，电解质的离子刻蚀阳极的金属表面，逐渐积聚成具有一定的形貌和结构的金属氧化物，但是，目前国内外对于钨金属阳极氧化制备介孔三氧化钨薄膜的报道非常少。在有限的报道中，常见的电解液，比如添加NaF等含氟盐的硫酸溶液，制得的薄膜孔径通常都比较大，尺寸不均一。因此，开发出新的阳极氧化电解液体系来控制多孔薄膜的孔径，这具有很好的研究价值。乙二醇是一种常见的有机溶剂，由于其拥有良好的溶解性，可以通过添加适量的其他物质用于电化学的相关研究，同时，其低廉的成本使其在工业化应用方面具有广阔的前景。

离子液体作为一种绿色的有机溶剂，与传统溶剂相比，具有良好的溶解能力、导电性、较宽的电化学窗口，以及良好的热稳定性。有研究表明，离子液体在掺水情况下，PF₆^-等含F阴离子会生成HF，而HF对于多孔氧化钨薄膜的形成具有关键性的作用，然而，将离子液体作为乙二醇溶剂的一种添加物质，应用于阳极氧化制备介孔三氧化钨薄膜，目前尚无此类报道。因此，研究离子液体与乙二醇体系中阳极氧化制备介孔三氧化钨薄膜在工业应用上具有重要意义。

(三)发明内容

本发明的目的在于提供一种工艺简单、成本低廉、效率高以及性能稳定的介孔三氧化钨薄膜的制备方法。本发明方法是：将处理好的金属钨片放入含离子液体的有机溶剂电解液中进行阳极氧化，即可在金属钨表面获得介孔三氧化钨薄膜。

本发明的技术方案如下：

一种制备介孔三氧化钨薄膜的电化学方法，所述方法为：

以经过预处理的金属钨为阳极，钛片或铂片为阴极，在电解液中，于温度为5～40℃(优选25℃)、电压为3～15V(优选5～10V)的条件下进行恒电位阳极氧化1～7h(优选3h)，之后取出金属钨，清洗、干燥后即在金属钨表面制得一层介孔三氧化钨薄膜。

所述金属钨通常采用厚度为0.05～1mm的金属钨片，所述预处理是指：将金属钨分别在丙酮、乙醇、去离子水中超声清洗去除表面油脂，最后再用去离子水冲洗，烘干即完成预处理。

所述阴极与阳极的电极间距推荐为1～5cm，优选1.5cm。

所述电解液由离子液体、去离子水、有机溶剂混合配制而成；其中，离子液体的体积分数为0.6～1.6％(优选1％)、去离子水的体积分数为5～25％(优选15％)，余量为有机溶剂；

所述有机溶剂为乙二醇、丙三醇等醇溶剂；