[发明专利]介孔氧化钨微球或其负载贵金属的复合微球材料及其制备方法

说明书

本发明属于先进纳米材料技术领域，具体为一种介孔氧化钨微球或其负载贵金属的复合微球材料及其制备方法。本发明通过尿素与甲醛聚合诱导钨氧阴离子，或钨氧阴离子与贵金属离子共沉淀，制备介孔氧化钨微球或其负载贵金属的复合微球材料。该类氧化钨基材料具有可分散的亚微米至微米级球型形貌、丰富的介孔孔道；其复合微球材料负载有高度分散、尺寸较小且均匀的贵金属纳米颗粒。该类氧化钨材料在光电材料、催化以及气体传感领域具有广阔的应用前景。本发明方法条件温和，操作简单，易于大规模生产。

技术领域

本发明属于先进纳米材料技术领域，具体涉及一种介孔氧化钨微球或其负载贵金属的复合微球材料及其制备方法。

背景技术

氧化钨是一种具有合适半导体禁带宽度(E_g = 2.6-2.8 eV)的n型半导体。它具有较快的电子传输速率(12 cm² V^-1 s^-1，快于TiO₂的0.3 cm² V^-1 s^-1)，其晶格结构可以容纳较多的氧缺陷，因此可以通过引入氧空位提高其导电能力和自由载流子浓度，并促进晶面对物种的吸附，在光电转化、光催化、电催化以及气体传感等领域中广为应用。（Zhen-FengHuang, Jiajia Song, Lun Pan, Xiangwen Zhang, Li Wang, Ji-Jun Zou* Adv. Mater.2015, 27, 5309–5327）。

氧化钨的介观结构对其性能具有显著的影响。在涉及气-固或者液-固界面传质的催化或者传感的应用中，传质速率对其应用性能至关重要。介孔是指孔径在2-50纳米的孔。介孔结构能保证液体或者气体在材料内部快速扩散，使材料具有较高的传质速率，同时有利于晶粒与反应介质的充分接触。相对于块体介孔材料，球型介孔颗粒材料具有更短的介孔路径，更有利于减少传质阻力，同时良好的颗粒分散性有利于材料的加工和器件化，具备更好的实际应用价值。（Haidong Zheng,* Jian Zhen Ou , Michael S. Strano ,Richard B. Kaner , Arnan Mitchell ,Kourosh Kalantar-zadeh* Adv. Funct. Mater.2011, 21, 2175–2196; T. Wagner, S. Haffer, C. Weinberger, D. Klaus, M.Tiemann, Chemical Society Reviews2013, 42, 4036-4053）。

目前合成球型介孔颗粒金属氧化物材料，往往采用溶剂热法，步骤简单。然而，这类方法往往需要加入小分子助剂，表面活性剂等，反应体系需要有机溶剂，反应条件需要高温高压，产率较低。开发能在水或乙醇溶剂中常温常压下制备具有可分散性的介孔金属氧化物微球材料的合成方法，对于在实际生产中批量地、稳定地开发高性能的金属氧化物半导体材料具有重要的意义。

不同于之前所报道的介孔氧化钨微球材料所使用的溶剂热合成方法，本发明采用一种新颖的聚合诱导合成方法，通过尿素与甲醛的聚合，吸附溶液中钨氧阴离子或者钨氧阴离子物种与贵金属离子进行共组装沉淀，进一步通过高温煅烧、晶化与去除有机组分，直接得到介孔氧化钨微球或其负载贵金属纳米颗粒的介孔氧化钨复合微球材料。反应在水相或乙醇溶剂中进行，无需特殊反应装置，不需要高温高压反应，原料廉价易得，产率高，符合绿色化学的合成理念。所合成的材料具有可分散的微米或亚微米级球型颗粒形貌，互相连通的介孔孔道结构，高结晶度，负载的贵金属颗粒具有尺寸均一，均匀分散以及高稳定性的特点，在光电转化、光催化、电催化以及气体传感等领域具有广阔的应用前景。本发明报道的方法具有低成本，高产率，操作简单，可负载多种贵金属纳米颗粒的特性，适合于大规模稳定生产。

发明内容