[发明专利]一种富含氧空位的三氧化钨多孔纳米棒、催化体系及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种富含氧空位的三氧化钨多孔纳米棒、催化体系及其制备方法和应用，将三氧化钨多孔纳米棒在氨气气氛下，以1～5℃/min的升温速度升温至400～500℃后，煅烧1～3h，自然降温，得到富含氧空位的三氧化钨多孔纳米棒。黑色WO_3‑x多孔纳米棒含有氧空位，具有更小的带隙，结构稳定，多孔的结构和大量的氧空位能够加速光生载荷子的转移和传输，在光热水蒸发方面性能较好。

技术领域

本发明涉及过渡金属氧化物纳米材料技术领域，特别是涉及一种富含氧空位的三氧化钨多孔纳米棒及其制备方法和应用。

背景技术

由于过渡金属氧化物的稳定性好，储量丰富，易制备以及其环境友好等性质，过渡金属氧化物被广泛的应用于电解水产氢、产氧、氧气还原、以及二氧化碳还原等方面。然而，由于其导电能力的不足和自身较大的带隙，限制了过渡金属氧化物的一些潜在的应用。近年来，由于氧空位可以对材料的电子结构、导电性、带隙大小和催化性能进行有效的调节，人们对于含有氧空位的过渡金属氧化物纳米结构产生了很大的兴趣。然而，一种简便、普适的在过渡金属氧化物纳米结构中生成氧空位的方法却鲜有报道。

近年来，在催化剂作用下利用太阳光能，进行太阳能水蒸发等应用，对于在一些太阳光充足而又缺乏动力和电能的沿海偏远地区进行海水淡化是非常适合的，对于缓解当今社会所面临的，对饮用水的需求大大增加的问题，有着非常重要的研究价值和应用前景。

目前，多级闪光灯蒸馏以及反渗透流程作为通用的海水淡化方式，都有着消耗大量电能、排放大量温室气体等缺点，近年来，众多像金纳米粒子、铝纳米粒子和碳基复合材料等的光热材料层出不穷，但是往往光热转化效率和稳定性都偏低，而对于过渡金属氧化物来说，由于其本身的较大的带隙，不适用于作为光热转换材料，因此，发展新型的方法来制备含有氧空位的过渡金属氧化物来缩小其带隙显得尤为重要。

本发明通过在氨气气氛下进行简单的低温煅烧黄色三氧化钨多孔纳米棒来得到富含氧空位的黑色三氧化钨多孔纳米棒，介绍了一种简便且普适的在氨气辅助下还原过渡金属氧化物纳米结构来产生氧空位的方法。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，而提供一种简便且普适的氨气辅助还原，在三氧化钨中产生氧空位的方法。

为实现本发明的目的所采用的技术方案是：

本发明的一种富含氧空位的三氧化钨多孔纳米棒，纳米棒壁上具有介孔结构，所述富含氧空位的三氧化钨多孔纳米棒中包含有W⁵⁺，存在非晶结构。

优选的，所述三氧化钨多孔纳米棒的长度为1～3微米，所述纳米棒壁上介孔的孔径为2-10nm。

作为优选方式，在所述富含氧空位的三氧化钨多孔纳米棒的作用下，8小时水蒸发转化效率为70％～80％。

本发明的另一方面，一种富含氧空位的三氧化钨多孔纳米棒的制备方法，包括以下步骤：

将三氧化钨多孔纳米棒在氨气气氛下，以1～5℃/min的升温速度升温至400～500℃后，煅烧1～3h，自然降温，得到富含氧空位的三氧化钨多孔纳米棒。

优选的，所述三氧化钨多孔纳米棒的制备方法，包括以下步骤：

将三氧化钨均匀分散到乙二胺中，其中三氧化钨和乙二胺的质量体积比(0.3-0.5)：(10-15)，其中三氧化钨的质量单位为g，乙二胺的体积单位为ml，于150～200℃下反应6～9h后冷却至室温，将产物离心分离后，用水和乙醇分别洗涤，于30～60℃干燥10-15小时，将干燥后的产物置于以1～5℃/min的速度升温至600～800℃，恒温4～6h后自然冷却至室温20～25℃，所得黄色粉末为黄色三氧化钨多孔纳米棒。

本发明的另一方面，还包括所述富含氧空位的三氧化钨多孔纳米棒在光热水蒸发中的应用。