[发明专利]一种具有可控氧空位的氧化钨催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明属于纳米和能源技术领域，具体涉及一种具有可控氧空位的氧化钨催化剂的制备方法，包括以下步骤：(1)将一定质量的钨酸钠或钨酸钾或钨酸铵、PVP和CTAB溶于去离子水中，使其混合均匀并搅拌；(2)加入一定量的乙酸，并继续搅拌；(3)通过盐酸调节溶液的pH，并继续搅拌；(4)将搅拌均匀的溶液放入水热反应釜，通过去离子水和乙醇溶液清洗，并置于真空干燥箱烘干；(5)将烘干样品置入管式炉中进行热处理后进行还原球磨，以得到具有内部氧空位氧化钨纳米颗粒；本发明制备的氧化钨纳米材料内部氧空位可控，能够有效的提高其催化过程中的能量匹配程度，显著的提高其催化效率。

技术领域

本发明属于纳米和能源技术领域，具体涉及一种具有可控氧空位的氧化钨催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

氧化钨作为一种新型的半导体材料，有高的物理化学和热稳定性，并且其存在非化学计量比的纯态氧化物，晶体结构中具有一定的氧空位，致使具有较为特殊的近远红外吸收、光致变色和光电催化等性质。有研究表明，在可见光、光热和光电等条件下，三氧化钨基催化剂可以分解水产生氢气、合成氨和分解高分子有机物，是一种具有广阔应用前景的新型纳米催化材料。然而，纳米催化剂内部氧空位形成过程中的不可控性，极大的限制了其进一步的应用。

申请号为201510222857.2的专利公开了一种具有氧空位介孔的氧化钨光催化剂的制备方法，通过介孔分子筛为硬模板以硅钨酸或磷钨酸为前驱体，通过H2气氛焙烧制备了具有较大比表面积和氧空位的可见光催化剂，其制备过程具有设备简单和无污染的特点。申请号为201711124824.X的专利公布了一种氧空位氧化钨复合催化剂的制备工艺，其以水热法为手段，通过质子化处理和掺杂氮化碳等方法得到了具有一定光催化活性的纳米材料。但其过程较为复杂，无法准确调控其晶体结构和表面氧空位。申请号为201810092068.5的发明专利公开了一种单斜相带有氧空位的三氧化钨的制备方法及其应用，通过前驱体钨酸钠在水热釜中通过微波水热法制备。该方法具有反应效率高、操作简单和制备可控等特点，但其对设备要求较高，耗能较大。

由此，有必要探索一种可控制备氧化钨纳米材料表面氧空位的方法，提高其催化过程中的能量匹配程度，能够显著的提高其催化效率。

发明内容

基于现有技术中存在的上述缺点和不足，本发明的目的之一是至少解决现有技术中存在的上述问题之一或多个，换言之，本发明的目的之一是提供满足前述需求之一或多个的一种具有可控氧空位的氧化钨催化剂及其制备方法和应用。

为了达到上述发明目的，本发明采用以下技术方案：

一种具有可控氧空位的氧化钨催化剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)将一定质量的钨酸钠或钨酸钾或钨酸铵、PVP和CTAB溶于去离子水中，使其混合均匀并搅拌；

(2)加入一定量的乙酸，并继续搅拌；

(3)通过盐酸调节溶液的pH，并继续搅拌；

(4)将搅拌均匀的溶液放入水热反应釜，通过去离子水和乙醇溶液清洗，并置于真空干燥箱烘干；

(5)将烘干后样品置入管式炉中进行热处理，以得到氧化钨颗粒；

(6)将氧化钨颗粒置于还原气氛下球磨处理，以得到表面富含氧空位的氧化钨纳米颗粒，其中的气氛、压力和球磨介质可调节的内衬玛瑙罐中球磨。

作为优选方案，所述步骤(1)中在超声辅助下分散1～2h。

作为优选方案，所述步骤(2)中搅拌时间不少于6h。

作为优选方案，所述步骤(3)中调节溶液pH值为0～2，搅拌时间不少于 6h。

作为优选方案，所述步骤(4)中水热温度为120～180℃，水热时间为 18～24h。