[发明专利]一种半导体金属氧化物WO3

说明书

本发明涉及一种半导体金属氧化物WO₃的水热制备方法。本方法将二水合钨酸钠与铵源进行充分混合，在合适的温度下水热反应，提纯后高温焙烧，制备得到WO₃纳米材料。通过调整铵源与二水合钨酸钠的配比可以制备不同长度的纳米棒。该制备方法操作简单、条件温和、成本低廉、适用于大批量生产，所制备的材料均一稳定、纯度高，在气体传感、光学和电学器件等领域具有良好的发展和应用前景。

技术领域

本发明属无机材料制备技术领域，具体涉及一种半导体金属氧化物WO₃的水热制备方法。

背景技术

纳米材料是无机材料中重要的一类，是指三维空间中至少有一维处于纳米尺寸或由它们作为基本单元构成的材料。由于材料的尺寸接近波长，大比表面积的特殊效应，使其熔点、磁性、光学、导电、导热等性质都有一定的变化，因此在电子设备、医疗器件、医学诊断等方面都具有广泛的应用。纳米WO₃是一种典型的n型半导体材料，其禁带宽度相对较窄，具有较高的可见光活性，价带位置低，光生空穴具有较强的氧化能力，化学性质稳定，因此在光催化、气体传感领域都有广泛的应用。

纳米WO₃常见的制备方法有溅射法、溶胶凝胶法、水热法、热蒸发法，其中水热法操作简单、快速方便，纳米颗粒团聚较轻，具有明显的优势。制备原理是采用不同的盐溶液进行引导，使钨源在酸性条件下形成钨酸，再受热失水形成不同形貌的WO₃。如钨酸钠溶液以硫酸调节pH至1，在180℃下水热24h可制备得到花状WO₃，对甲醛具有灵敏的传感性能；钨酸钠溶液以硝酸酸化，柠檬酸或酒石酸辅助，在190℃下水热16h，可制备得到块状WO₃，具有光催化性能；钨酸钠溶液以硫酸氢钠调节pH值和饱和度，在180℃下水热24h，可制备得到WO₃，对乙醇具有较好的传感性能。此种方法制备的WO₃形貌受盐溶液种类、浓度、pH影响较大，操作相对复杂。因此发展一种更为简便、形貌更加均一稳定的WO₃材料的方法具有重要的意义。

发明内容

针对上述所存在的问题，我们提出一种新的半导体金属氧化物WO₃的水热制备方法，通过钨源与铵源在水热条件下可形成难溶于水钨酸钠铵盐，高温条件下分解生长成三氧化钨，具有针状纳米棒的形貌，形貌均一稳定，后期通过高温焙烧除杂。该制备方法操作简单、条件温和、成本低廉、适用于大批量生产，所制备的材料均一稳定、纯度高，在气体传感、光学和电学器件等领域具有良好的发展和应用前景。

本发明是一种半导体金属氧化物WO₃的水热制备方法，是通过以下技术方案来实现：

将钨源与铵源以一定比例在水中进行混合，充分溶解成均相溶液，将均相溶液转移到反应釜中在一定温度下进行水热处理，水热固体以水和乙醇洗涤后经真空干燥得到产物，高温焙烧后制备得到WO₃纳米材料。

所述的钨源为二水合钨酸钠、钨酸铵、钨酸锌中的一种或几种，所述的铵源为硫脲、硫代乙酰胺、盐酸羟胺中的一种或几种。

所述的钨源与硫铵源的投料摩尔比例为1:5-5:1，优选1:5-3:1，更优选1:3-3:1。

所述的水热反应时间为2-48h，优选6-36h，更优选12-24h；反应温度为180-300℃；优选200-280℃，更优选200-250℃。

所述的提纯烘干后的产物的焙烧温度为400-800℃，优选400-700℃，更优选500-600℃；焙烧时间为1-6h，优选1-4h，更优选2-4h。

所述的钨源在水中的质量浓度0.1-5mmol/mL，优选0.2-3mmol/mL，更优选1-3mmol/mL。

制备所得的针状纳米棒二端直径范围分别为5-30nm和200-500nm，长度为3-20μm。