[发明专利]一种纳米多孔三氧化钨材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种纳米多孔三氧化钨(WO₃)材料及其制备方法，其主要包括以下步骤：采用高能重离子辐照WO₃，利用重离子对WO₃的辐照损伤作用，在WO₃上形成纳米孔洞。该方法制得的多孔WO₃孔径分布均匀，平均孔径直径范围为3～9.5nm左右。本发明具有明显的先进性和独创性：制备快速简便，工艺参数容易调节，孔径分布均匀，孔密度及孔径大小可控，稳定性高。其产品结构和性质在分离提纯、传感器以及催化等领域具有广泛的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种纳米多孔三氧化钨材料及其制备方法，具体地，以高能重离子为工具对三氧化钨进行辐照，简单快速地制备出三氧化钨纳米孔，属于重离子束加工和应用领域。

背景技术

在纳米尺度上控制材料的结构是纳米技术的一个关键挑战。通过调控材料微结构对材料性能进行优化是非常必要的，其中氧化物中纳米孔的制备由于其表现出的优异性能被人们广泛关注。近些年来，纳米多孔金属氧化物由于其独特的几何结构，使得它们在各种功能器件中的应用尤为广泛。

钨基氧化物具有热敏、气敏和压敏等半导体功能材料的性质，并且在催化及能源等领域应用广泛。人们发现，具有纳米多孔结构的三氧化钨(WO₃)由于其本身的优异性能以及具有孔洞、比表面积大等独特的性质，在生物医药、环境能源及分离和吸附等领域有广泛的应用前景。然而，目前纳米多孔WO₃的合成方法在脱除模板剂的过程中存在孔塌陷等状况，合成技术还不成熟，合成过程环保性差、制备出的纳米孔重复性差、很难用于实际生产加工。因此，寻找新的绿色环保的合成方法制备纳米多孔WO₃材料、保证孔结构的稳定对于真正实现实际应用至关重要。

现有的纳米多孔氧化钨的制备方法主要是阳极氧化法。其中阳极氧化法的主要步骤是利用有序的纳米多孔氧化铝作为掩模，通过氩离子铣削法在各种过渡金属(包括钨、铁、钴和铌)的表面上刻蚀出浅凹坑的有序阵列。然后对凹坑表面进行阳极氧化处理，进而在凹坑位置形成纳米孔。然而这种方法工艺繁复、环保性差，并且想要进行掩膜特性的优化非常耗时。这极大的影响了纳米多孔氧化物的制备时间和均匀性。

发明内容

本发明的目的是提供一种WO₃中纳米孔的制备方法，以解决现有WO₃中纳米孔制备技术耗时长、工艺繁复、环保性差的问题。

本发明所提供的WO₃中纳米孔的制备方法，包括如下步骤：

(1)将WO₃粉末分散到乙醇溶液中，然后将所得溶液转移到超薄微栅上；

(2)采用重离子对微栅上的WO₃进行辐照，所选重离子的射程完全穿透WO₃样品，并在其内部形成圆形直通纳米孔。

上述方法步骤(1)中，所述的WO₃粉末可通过超声作用分散到乙醇溶液中；超声的时间可为30min；超声过程可以促进WO₃粉末更加均匀地分散在乙醇溶液中，避免WO₃样品在微栅上出现团聚现象。

可通过移液枪将所得溶液滴在超薄微栅上；

上述方法步骤(2)中，所述重离子可由高能加速器提供，重离子的种类可为Xe、Ta或Bi；

所述重离子的离子能量可为860.2～2375.4MeV，重离子的电子能损可为23.5～34.7keV/nm，辐照注量可为5×10¹⁰～2×10¹¹ions/cm²，离子穿透深度可为36.8～86.6μm；

所得纳米孔的平均直径可为3.0nm～9.5nm，分布密度可为5×10¹⁰～2×10¹¹个/cm²；