一種低溫制備氧化鎢納米線的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種低溫制備氧化鎢納米線的方法，涉及納米材料領(lǐng)域，該制備方法以Na2WO4·2H2O和濃鹽酸為原料，在Na2WO4·2H2O水溶液中添加表面活性劑之后，將濃鹽酸逐滴加入到Na2WO4·2H2O溶液中，待pH達(dá)到5后，將混合溶液轉(zhuǎn)移到普通的密封玻璃瓶中，在低于100℃和接近常壓條件下通過水熱法合成氧化鎢納米線。本發(fā)明提供的低溫制備氧化鎢納米線的方法，工藝簡單，操作簡易，采用超低的反應(yīng)溫度，而且能夠大大縮短反應(yīng)周期，對設(shè)備的要求簡單，采用普通玻璃容器即可，相比于方法采用的聚四氟乙烯內(nèi)襯的高壓反應(yīng)釜，能耗較低且成本更低。
【專利說明】一種低溫制備氧化鎢納米線的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于納米材料領(lǐng)域，特別是一種低溫制備氧化鎢納米線的方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 氧化鎢是一種典型的過渡金屬氧化物，禁帶寬度2. 4-2. 8eV，屬于典型的η型半導(dǎo) 體。鎢基氧化物除作為催化、電致變色、蓄電池電極、太陽能吸收材料和隱形材料之外，還具 有了壓敏、熱敏、氣敏等半導(dǎo)體功能材料的性質(zhì)。氧化鎢納米晶膜在氣敏傳感器、光催化、光 電導(dǎo)等方面的應(yīng)用研究也越來越多的引起重視。
[0003] 與傳統(tǒng)的氧化鎢材料相比，氧化鎢納米線的比表面積更大，而且在氣敏傳感、電致 和光致發(fā)光、電導(dǎo)電極及光催化等各個方面均具有很好的應(yīng)用前景，特別是在氧化物半導(dǎo) 體氣敏傳感器應(yīng)用領(lǐng)域，氧化鎢納米線除了具有大的比表面積外，還具有更大的表面活性 和更強(qiáng)的吸附能力。
[0004] 傳統(tǒng)制備氧化鎢納米線的制備工藝復(fù)雜、能耗大，而且這些方法的實驗條件要求 苛刻，有的水熱溫度高達(dá)200°c，水熱時間也長達(dá)24h甚至更長。在傳統(tǒng)水熱法中，用到的反 應(yīng)容器都是聚四氟乙烯內(nèi)襯的高壓反應(yīng)釜。這些制備方法的條件高，能耗高。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明解決的技術(shù)問題：針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的是提供一種低溫制 備氧化鎢納米線的方法。
[0006] 本發(fā)明的技術(shù)方案：一種低溫制備氧化鎢納米線的方法，制備步驟如下： (1) 制備 Na2W04 · 2H20 溶液，濃度為 0· 001-0. lmol/L ; (2) 在Na2W04 · 2H20溶液中添加表面活性劑，添加量為0. 01-0. lmol/L ; (3) 將濃鹽酸滴加到Na2W04 · 2H20溶液中，待溶液pH值達(dá)到5,停止滴加； (4) 將步驟（3)所得溶液置于95°C條件下反應(yīng)2-4小時，即得到氧化鎢納米線。
[0007] 作為優(yōu)選，濃鹽酸的滴加速度為0. 1 mL/s。
[0008] 作為優(yōu)選，表面活性劑為（NH4) 2S04或NH4C1。
[0009] 作為優(yōu)選，表面活性劑為（nh4)2so4。
[0010] 作為優(yōu)選，將退火的鎢絲放入步驟（3)所得溶液中，然后將溶液置于95°C條件下 反應(yīng)2-4小時，即得到氧化鎢納米線。
[0011] 有益效果：本發(fā)明提供的低溫制備氧化鎢納米線的方法，是利用Na2W04 · 2H20和 濃鹽酸化學(xué)反應(yīng)生成氧化鎢的原理，以Na2W04 · 2H20和濃鹽酸為原料，并加入適當(dāng)表面活性 齊U，在低于l〇〇°C和接近常壓條件下，通過水熱法合成氧化鎢納米線，反應(yīng)時間為2-4h，與 現(xiàn)有的氧化鎢納米線材料的制備方法相比，工藝簡單，操作簡易，采用超低的反應(yīng)溫度，而 且能夠大大縮短反應(yīng)周期，對設(shè)備的要求簡單，采用普通玻璃容器即可，相比于方法采用的 聚四氟乙烯內(nèi)襯的高壓反應(yīng)釜，能耗較低且成本更低。
[0012] 將退火的鎢絲放入溶液中進(jìn)行反應(yīng)，表面會產(chǎn)生氧化鎢晶粒，根據(jù)生長動力學(xué)原 理，晶粒在溶液中進(jìn)一步生長有利于其沿著C軸生長成納米線。退火的鎢絲在這里能夠起 到襯底和提供晶核的作用，以使氧化鎢納米線可以以陣列的方式排布在襯底鎢絲上，達(dá)到 更好的效果。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013] 圖1為本發(fā)明一種低溫制備氧化鎢納米線的方法中選用不同的表面活性劑制成 的氧化鎢納米線的掃描電鏡圖。其中（a)為實施例1制備的氧化鎢納米線的掃描電鏡圖， 選用的表面活性劑為（NH 4)2S04 ; (b)為實施例2制備的氧化鎢納米線的掃描電鏡圖，選用的 表面活性劑為NH4C1 ; (c)、（d)分別為（a)、（b)局部放大的SEM圖。
[0014] 圖2為本發(fā)明一種低溫制備氧化鎢納米線的方法中選用不同濃度的Na2W0 4 · 2H20 制備的氧化鎢納米線的掃描電鏡圖。其中（a)為實施例3制備的氧化鎢納米線的掃描電鏡 圖，選用的Na 2W04 ·2Η20的物質(zhì)的量濃度為0. 001m〇l/L ; (b)為實施例4制備的氧化鎢納米 線的掃描電鏡圖，選用的Na2W04 · 2H20的物質(zhì)的量濃度為0. lmol/L。
[0015] 圖3為本發(fā)明一種低溫制備氧化鎢納米線的方法中采用不同反應(yīng)時間制備的氧 化鎢納米線的掃描電鏡圖。其中（a)為實施例5制備的氧化鎢納米線的掃描電鏡圖，水熱 反應(yīng)的時間2h ;(b)為實施例6制備的氧化鎢納米線的掃描電鏡圖，水熱反應(yīng)的時間為4h。
[0016] 圖4為本發(fā)明一種低溫制備氧化鎢納米線的方法中添加不同物質(zhì)的量濃度的表 面活性劑制備的氧化鎢納米線的掃描電鏡圖。其中（a)為實施例7制備的氧化鎢納米線的 掃描電鏡圖，添加的表面活性劑（NH 4)2S04的物質(zhì)的量濃度為0. 01 mol/L ; (b)為實施例8 制備的氧化鎢納米線的掃描電鏡圖，添加的表面活性劑（NH4)2S0 4的物質(zhì)的量濃度為0. 05 mol/L〇
[0017] 圖5為實施例9根據(jù)本發(fā)明提供的低溫制備氧化鎢納米線的方法制備的氧化鎢 納米線的掃描電鏡圖，其中表面活性劑（NH 4)2S04的物質(zhì)的量濃度為0.01 mol/L。
[0018] 圖6為實施例10根據(jù)本發(fā)明提供的低溫制備氧化鎢納米線的方法制備的氧化鎢 納米線的掃描電鏡圖，其中表面活性劑（NH 4)2S04的物質(zhì)的量濃度為0. 1 mol/L，（b)為（a) 的局部放大圖。

【具體實施方式】
[0019] 為了進(jìn)一步理解本發(fā)明，下面結(jié)合實施例對本發(fā)明優(yōu)選實施方案進(jìn)行描述，但是 應(yīng)當(dāng)理解，這些描述只是為進(jìn)一步說明本發(fā)明的特征和優(yōu)點，而不是對本發(fā)明權(quán)利要求的 限制。
[0020] 實施例1 根據(jù)本發(fā)明提供的低溫制備氧化鎢納米線的方法制備氧化鎢納米線，制備步驟如下： 首先配制〇. 〇lmol/L的Na2W04 · 2H20水溶液50mL，表面活性劑選用（NH4)2S04，在溶 液中的添加量為〇. 66g ;在磁力攪拌的條件下以0. lml/s的速度把濃鹽酸逐滴加入到 Na2TO4 · 2H20溶液中，待溶液pH值調(diào)到5,停止滴加；把得到的混合溶液轉(zhuǎn)移到密封的玻璃 瓶中，干燥箱溫度穩(wěn)定在95°C時，將玻璃瓶放置在恒溫干燥箱中，反應(yīng)3h ;將反應(yīng)之后得到 的沉淀物用水和乙醇各洗滌兩遍后，放入烘箱中在60°C下干燥lh，所得到的氧化鎢為納米 線結(jié)構(gòu)，其直徑約為l〇nm，長度為200-300nm，掃描電鏡如圖1 (a)和（c)所示。
[0021] 實施例2 根據(jù)本發(fā)明提供的低溫制備氧化鎢納米線的方法制備氧化鎢納米線，制備步驟如下： 首先配制〇. Olmol/L的Na2W04 · 2H20水溶液50mL，表面活性劑選用NH4C1，在溶液中的 添加量為〇. 26g ;在磁力攪拌的條件下以0. lml/s的速度把濃鹽酸逐滴加入到Na2W04 ·2Η20 溶液中，待溶液pH值調(diào)到5,停止滴加；把得到的混合溶液轉(zhuǎn)移到密封的玻璃瓶中，干燥箱 溫度穩(wěn)定在95°C時，將玻璃瓶放置在恒溫干燥箱中，反應(yīng)3h;將反應(yīng)之后得到的沉淀物用 水和乙醇各洗滌兩遍后，放入烘箱中在60°C下干燥lh，所制得的氧化鎢為納米線結(jié)構(gòu)，直 徑約為20nm，長度約為500nm，掃描電鏡如圖1 (b)和（d)所示。
[0022] 實施例3 根據(jù)本發(fā)明提供的低溫制備氧化鎢納米線的方法制備氧化鎢納米線，制備步驟如下： 首先配制〇. 〇〇lmol/L的Na2W04 ·2Η20水溶液50mL，在反應(yīng)物溶液中加入0. 66g表面活 性劑（NH4)2S04 ;在磁力攪拌的條件下以0· lml/s的速度把濃鹽酸逐滴加入到Na2W04 · 2H20 溶液中，待溶液pH值調(diào)到5,停止滴加；把得到的混合溶液轉(zhuǎn)移到密封的玻璃瓶中，干燥箱 溫度穩(wěn)定在95°C時，將玻璃瓶放置在恒溫干燥箱中，反應(yīng)3h;將反應(yīng)之后得到的沉淀物用 水和乙醇各洗滌兩遍后，放入烘箱中在60°C下干燥lh，得到的氧化鎢為納米棒組成的簇狀 結(jié)構(gòu)，其中棒的直徑約為50nm，長度約為400-500nm，其掃描電鏡如圖2 (a)所示。
[0023] 實施例4 根據(jù)本發(fā)明提供的低溫制備氧化鎢納米線的方法制備氧化鎢納米線，制備步驟如下： 首先配制〇. lmol/L的Na2W04 ·2Η20水溶液50mL，在反應(yīng)物溶液中加入0. 66g表面活性 劑（NH4)2S04 ;在磁力攪拌的條件下以0. lml/s的速度把濃鹽酸逐滴加入到Na2W04 · 2H20溶 液中，待溶液pH值調(diào)到5,停止滴加；把得到的混合溶液轉(zhuǎn)移到密封的玻璃瓶中，干燥箱溫 度穩(wěn)定在95°C時，將玻璃瓶放置在恒溫干燥箱中，反應(yīng)3h;將反應(yīng)之后得到的沉淀物用水 和乙醇各洗滌兩遍后，放入烘箱中在60°C下干燥lh，得到的氧化鎢為片狀和短棒結(jié)構(gòu)，其 中棒的直徑約為50nm左右，長度在100-200nm，片的厚度約為50nm，其掃描電鏡如圖2 (b) 所示。
[0024] 實施例5 根據(jù)本發(fā)明提供的低溫制備氧化鎢納米線的方法制備氧化鎢納米線，制備步驟如下： 首先配制〇. 〇lmol/L的Na2W04 · 2H20水溶液50mL，在反應(yīng)物溶液中加入0. 66g表面活 性劑（NH4)2S04 ;在磁力攪拌的條件下以0· lml/s的速度把濃鹽酸逐滴加入到Na2W04 · 2H20 溶液中，待溶液pH值調(diào)到5,停止滴加；把得到的混合溶液轉(zhuǎn)移到密封的玻璃瓶中，干燥箱 溫度穩(wěn)定在95°C時，將玻璃瓶放置在恒溫干燥箱中，反應(yīng)2h;將反應(yīng)之后得到的沉淀物用 水和乙醇各洗滌兩遍后，放入烘箱中在60°C下干燥lh，所得到的氧化鎢都為納米線結(jié)構(gòu)， 氧化鎢納米線直徑約為l〇nm，長度為200-300nm，其掃描電鏡如圖3 (a)所示。
[0025] 實施例6 根據(jù)本發(fā)明提供的低溫制備氧化鎢納米線的方法制備氧化鎢納米線，制備步驟如下： 首先配制〇. 〇lmol/L的Na2W04 · 2H20水溶液50mL，在反應(yīng)物溶液中加入0. 66g表面活 性劑（NH4)2S04 ;在磁力攪拌的條件下以0· lml/s的速度把濃鹽酸逐滴加入到Na2W04 · 2H20 溶液中，待溶液pH值調(diào)到5,停止滴加；把得到的混合溶液轉(zhuǎn)移到密封的玻璃瓶中，干燥箱 溫度穩(wěn)定在95°C時，將玻璃瓶放置在恒溫干燥箱中，反應(yīng)4h;將反應(yīng)之后得到的沉淀物用 水和乙醇各洗滌兩遍后，放入烘箱中在60°C下干燥lh，所得到的氧化鎢都為納米線結(jié)構(gòu)， 氧化鎢直徑約為20-30nm，長度約為100-200nm，其掃描電鏡如圖3 (b)所示。
[0026] 實施例7 根據(jù)本發(fā)明提供的低溫制備氧化鎢納米線的方法制備氧化鎢納米線，制備步驟如下： 首先配制〇. 〇lmol/L的Na2W04 ·2Η20水溶液50mL，在反應(yīng)物溶液中加入0. 066g表面活 性劑（NH4)2S04 ;在磁力攪拌的條件下以0· lml/s的速度把濃鹽酸逐滴加入到Na2W04 · 2H20 溶液中，待溶液pH值調(diào)到5,停止滴加；把得到的混合溶液轉(zhuǎn)移到密封的玻璃瓶中，干燥箱 溫度穩(wěn)定在95°C時，將玻璃瓶放置在恒溫干燥箱中，反應(yīng)3h;將反應(yīng)之后得到的沉淀物用 水和乙醇各洗滌兩遍后，放入烘箱中在60°C下干燥lh，所得到的氧化鎢都為納米棒結(jié)構(gòu)， 棒的直徑約為50nm，長度約為500nm，其掃描電鏡如圖4 (a)所示。
[0027] 實施例8 根據(jù)本發(fā)明提供的低溫制備氧化鎢納米線的方法制備氧化鎢納米線，制備步驟如下： 首先配制〇. 〇lmol/L的Na2W04 ·2Η20水溶液50mL。在反應(yīng)物溶液中加入0. 33g表面活 性劑（NH4)2S04 ;在磁力攪拌的條件下以0· lml/s的速度把濃鹽酸逐滴加入到Na2W04 · 2H20 溶液中，待溶液pH值調(diào)到5,停止滴加；把得到的混合溶液轉(zhuǎn)移到密封的玻璃瓶中，干燥箱 溫度穩(wěn)定在95°C時，將玻璃瓶放置在恒溫干燥箱中，反應(yīng)3h;將反應(yīng)之后得到的沉淀物用 水和乙醇各洗滌兩遍后，放入烘箱中在60°C下干燥lh，所得到的氧化鎢為片狀和短棒結(jié) 構(gòu)，其中棒的直徑約為50nm，長度在500nm，片的厚度約為100nm，其掃描電鏡如圖4 (b)所 /_J、1 〇
[0028] 實施例9 根據(jù)本發(fā)明提供的低溫制備氧化鎢納米線的方法制備氧化鎢納米線，制備步驟如下： 首先配制〇. 〇lmol/L的Na2W04 ·2Η20水溶液50mL。在反應(yīng)物溶液中加入0. 066g表面活 性劑（NH4)2S04 ;在磁力攪拌的條件下以0· lml/s的速度把濃鹽酸逐滴加入到Na2W04 · 2H20 溶液中，待溶液pH值調(diào)到5,停止滴加；把得到的混合溶液轉(zhuǎn)移到密封的玻璃瓶中，將退火 (600°C保溫lh)后的鎢絲放入瓶中，干燥箱溫度穩(wěn)定在95°C時，將玻璃瓶放置在恒溫干燥 箱中，反應(yīng)2h后，將鎢絲取出，用水和乙醇各洗滌兩遍后，放入烘箱中在60°C下干燥lh，所 得到的氧化鎢都為納米棒結(jié)構(gòu)，棒的直徑約為100_200nm，長度約為200-500nm，其掃描電 鏡如圖5所示。
[0029] 實施例10 根據(jù)本發(fā)明提供的低溫制備氧化鎢納米線的方法制備氧化鎢納米線，制備步驟如下： 首先配制〇. 〇lmol/L的Na2W04 ·2Η20水溶液50mL。在反應(yīng)物溶液中加入0. 66g表面活 性劑（NH4)2S04 ;在磁力攪拌的條件下以0· lml/s的速度把濃鹽酸逐滴加入到Na2W04 · 2H20 溶液中，待溶液pH值調(diào)到5,停止滴加；把得到的混合溶液轉(zhuǎn)移到密封的玻璃瓶中，將退火 (600°C保溫lh)后的鎢絲放入瓶中，干燥箱溫度穩(wěn)定在95°C時，將玻璃瓶放置在恒溫干燥 箱中，反應(yīng)2h后，將鎢絲取出，用水和乙醇各洗滌兩遍后，放入烘箱中在60°C下干燥lh，所 得到的氧化鎢都為納米線結(jié)構(gòu)，其直徑約為100_200nm，長度可達(dá)20um，長徑比為50-100， 其掃描電鏡如圖6所示。
[0030] 對所公開的實施例的上述說明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。 對這些實施例的多種修改對本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的 一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現(xiàn)。因此，本發(fā)明 將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一 致的最寬的范圍。
【權(quán)利要求】
1. 一種低溫制備氧化鎢納米線的方法，其特征在于，制備步驟如下： (1) 制備 Na2W04 · 2H20 溶液，濃度為 0· 001-0. lmol/L ; (2) 在Na2W04 · 2H20溶液中添加表面活性劑，添加量為0. 01-0. lmol/L ; (3) 將濃鹽酸滴加到Na2W04 · 2H20溶液中，待溶液pH值達(dá)到5,停止滴加； (4) 將步驟（3)所得溶液置于95°C條件下反應(yīng)2-4小時，即得到氧化鎢納米線。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的低溫制備氧化鎢納米線的方法，其特征在于，濃鹽酸的滴加 速度為〇. 1 mL/s。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的低溫制備氧化鎢納米線的方法，其特征在于，表面活性劑為 (nh4)2so 4 或 NH4C1。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的低溫制備氧化鎢納米線的方法，其特征在于，表面活性劑為 (NH4)2S0 4。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的低溫制備氧化鎢納米線的方法，其特征在于，在步驟（3)所得 溶液中放入退火的鎢絲，然后將溶液置于95°C條件下反應(yīng)2-4小時，即得到氧化鎢納米線。
【文檔編號】C01G41/02GK104085929SQ201410295827
【公開日】2014年10月8日 申請日期:2014年6月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月27日
【發(fā)明者】魏昂, 劉雁軍 申請人:南京郵電大學(xué)