專利名稱：一種氧化鎢納米線與多孔碳納米復合結(jié)構材料及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種通過納米限域法，組裝納米結(jié)構的WO3納米線與介孔碳納米復合 材料的制備方法，屬于高效能源材料技術領域。
背景技術：
運用不同的材料制備出納米復合材料，可以很好的應用在化學、光學和電學領域。 近年來，納米復合材料越來越得到重視。氧化鎢作為一種η型半導體，是典型的過渡金屬氧化物。鎢基氧化物除了作為催 化、蓄電池電極、電致變色、隱形材料和太陽能吸收材料外，還具有氣敏、壓敏和熱敏等半導 體材料的性質(zhì)。鎢基氧化物可以應用在氣敏傳感、光催化和光電導等領域。氧化鎢納米線 與傳統(tǒng)鎢基材料相比，具有更大的比表面積、更大的表面活性和更強的吸附能力，在功能材 料應用領域具有更廣泛的前景。多孔碳材料在構筑納米器件的過程中逐漸發(fā)揮出重要的作用。利用孔徑可調(diào)的介 孔碳材料作為限域納米反應器，在孔道內(nèi)可以得到尺寸均一的納米顆?；蛘呒{米線作為基 本結(jié)構單元。微孔碳材料，介孔碳材料等有序孔碳材料具有豐富的宏觀形貌，高度均一且短 程有序的孔道結(jié)構賦予材料結(jié)構單元相應的周期性。目前，人們成功利用介孔材料的孔道合成了聚乙烯納米電子導線，利用MCM-41的 規(guī)整孔道合成了 Pt、Ag和Au的納米線。也有人運用ΑΑ0(多孔氧化鋁膜)模板制備了 WO3 和鍺等納米線。我們綜合介孔碳獨特的孔道結(jié)構，優(yōu)異的電學性能等優(yōu)點和氧化鎢納米線在各功 能領域廣泛的應用特點，將氧化鎢納米線作為客體材料組裝到介孔碳主體材料中，控制合 成條件，制備出一種獨特的一維與二維納米復合材料。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在提供一種WO3納米線與介孔碳納米復合材料及其制備方法。利用孔徑 可調(diào)的納米介孔碳為限域反應器，含鎢離子的酸或鹽作為鎢源，通過超聲液相浸漬法，在保 護氣體中控溫生長納米線，得到WO3納米線與介孔碳納米復合材料。本發(fā)明的制備工藝簡 單，對設備要求低，可操作性好，同時降低了納米復合材料的生產(chǎn)成本；對于鎢氧化物這類 過渡金屬氧化物，在低溫下就可以實現(xiàn)主-客體裝載，避免了在高溫處理的過程中可能導 致的孔道坍塌和價態(tài)變化。本發(fā)明的一種WO3納米線與介孔碳納米復合材料，其特征是一維與二維納米復合 材料，WO3納米線直徑為10 100納米，長度為300納米 7微米，貫穿或分布在介孔碳納 米主體材料的孔道內(nèi)或表面。本發(fā)明的一種WO3納米線與介孔碳納米復合材料的制備方法包括以下步驟(1)在293Κ，將鎢氧化物前驅(qū)體溶液和介孔碳納米材料進行磁力攪拌，通過超
3聲液相浸漬法混合，所述的介孔碳納米材料(有序介孔碳)和過渡金屬鎢摩爾比例為 1 0. 05 0. 7 ；(2)將浸漬鎢氧化物前驅(qū)體溶液后的介孔碳納米材料在室溫下過濾，于323 393K真空干燥6 12小時；(3)將步驟(2)中干燥后的混合物在保護氣體下于723 923K之間燒結(jié)2 6小 時后制得WO3納米線與介孔碳納米復合材料?？腕w材料WO3納米線直徑為10 100納米，長度為300納米 7微米，貫穿或分 布在主體材料介孔碳納米材料的孔道內(nèi)或表面。其中，所述的鎢氧化物前驅(qū)體溶液為溶解有0. 05 0. 7摩爾/升過渡金屬鎢的同 多酸、雜多酸，或過渡金屬鎢鹽類溶液。所述的介孔碳納米材料由具有二維孔道結(jié)構的介孔氧化硅材料為硬模板制得。在所述的制備方法步驟(1)中進行磁力攪拌后，繼續(xù)超聲分散30 120分鐘。在所述的制備方法步驟(3)中，所述的保護氣體選自氮氣或者氬氣中的一種，流 量為0. 3 0. 4立方分米/分鐘。該方法制備出的WO3納米線與介孔碳納米復合材料，具有一維與二維復合納米結(jié) 構，是一種納米復合材料。


圖1是實施例1中主體材料(介孔碳粉體材料)的低角XRD圖譜圖2是實施例1中主體材料(介孔碳粉體材料)的廣角XRD圖譜
圖3是實施例1產(chǎn)物的XRD圖譜圖4是實施例1產(chǎn)物的TEM圖像圖5是實施例1產(chǎn)物的SEM圖像圖1所示的介孔碳粉體材料的低角XRD圖譜的衍射峰的位置對應二維六方結(jié)構的 (100)面，表明介孔碳具有有序孔結(jié)構。圖2所示的介孔碳粉體材料的廣角XRD圖譜，表明主體材料為無定形碳材料。圖3所示的WO3納米線與介孔碳納米復合材料的廣角XRD圖譜的衍射峰的位置對 應正交結(jié)構WO3的(002)，(020)，(200)，(120)和(112)峰，表明復合材料中的鎢氧化物以 正交相WO3的形式存在；衍射峰的強度較強，沿
面生長，表明鎢氧化物的結(jié)晶度高，有 明顯的取向性。圖4所示的WO3納米線與介孔碳納米復合材料的TEM圖像，可以看到WO3納米線貫 穿于介孔碳的孔道中，并沿孔道生長出來。圖5所示的WO3納米線與介孔碳納米復合材料的SEM圖像，可以明顯看到WO3納米 線貫穿或分布在納米介孔碳的孔道內(nèi)或表面，形成一種納米復合材料。
具體實施例方式實施例1(1)介孔碳的合成lg介孔氧化硅SBA-15加入到含硫酸的蔗糖水溶液(按1. 25g 蔗糖，0. 2g硫酸和5g水配置)中，攪拌2 4小時?；旌衔锓旁诟稍锵渲?，50°C保溫12小時，隨后，溫度升至433K保溫6小時。增加0. 75g蔗糖，0. Ig硫酸和5g水加入到發(fā)生部分 聚合的二氧化硅樣品中，攪拌均勻，在323K和433K的干燥箱分別進行相同處理。然后在氮 氣保護氣氛下以275K/h的速率升至1173K保溫6小時，完成整個碳化過程。所得二氧化硅 與碳復合產(chǎn)物用IOwt %的氫氟酸溶液浸漬，去除模板。最后產(chǎn)物經(jīng)過濾，去離子水洗滌至濾 液中性后，393K干燥，即得有序介孔碳，其XRD圖譜見圖1、圖2。(2)有序介孔碳的表面官能化處理將⑴制備的有序介孔碳和20wt% H2O2混合， 將混合液移入聚四氟乙烯的反應釜內(nèi)襯中，在353K烘箱內(nèi)水熱反應3小時。自然冷卻，過 濾，用去離子水洗滌至濾液中性，于373K烘箱干燥12小時，最終得到表面官能化處理的介 孔碳納米材料。(3)鎢氧化物前驅(qū)體H2WO4溶液的制備取1. 38g鎢粉置于25mL H2O2中，整個體 系在冰浴中真空攪拌，約20分鐘后，變成無色透明溶液，24小時后，體系保持為無色透明溶 液，即H2WO4前驅(qū)體溶液。其中鎢離子濃度為0. 3mol/L。(4)將步驟(2)和步驟(3)得出的表面官能化處理的介孔碳納米材料0. 3g*H2W04 前驅(qū)體溶液25mL混合，293K，真空攪拌1小時，然后超聲處理2小時，過濾，洗滌，于373K干 燥12小時，氮氣氣氛下，873K焙燒2小時，自然降溫得到WO3納米線與介孔碳納米復合材料。 產(chǎn)物的XRD圖譜見圖3，TEM圖見圖4，SEM圖像如圖5。實施例2 實施例6 按以上實驗參數(shù)參照實施例1的方法，根據(jù)步驟(3)配置不同濃度WH2WO4前驅(qū)體 溶液。即可獲得WO3納米線與介孔碳納米復合材料。
權利要求
一種WO3納米線與介孔碳納米復合材料，其特征是一維與二維納米復合材料，WO3納米線直徑為10～100納米，長度為300納米～7微米，貫穿或分布在介孔碳納米主體材料的孔道內(nèi)或表面。
2.—種WO3納米線與介孔碳納米復合材料的制備方法，其特征在于，該方法包括以下步驟(1)在293K，將鎢氧化物前驅(qū)體溶液和介孔碳納米材料進行磁力攪拌，通過超聲液相 浸漬法混合，介孔碳納米材料和過渡金屬鎢摩爾比例為1 0. 05 0. 7 ；(2)將浸漬鎢氧化物前驅(qū)體溶液后的介孔碳納米材料在室溫下過濾，于323 393K真 空干燥6 12小時；(3)將步驟(2)中干燥后的混合物在保護氣體下于723 923K之間燒結(jié)2 6小時后 制得WO3納米線與介孔碳納米復合材料。
3.根據(jù)權利要求2所述的一種WO3納米線與介孔碳納米復合材料的制備方法，其特征 在于，所述的鎢氧化物前驅(qū)體溶液由選自溶解有0. 05 0. 7摩爾/升過渡金屬鎢的同多 酸、雜多酸，或過渡金屬鎢鹽類溶液制成。
4.根據(jù)權利要求2所述的一種WO3納米線與介孔碳納米復合材料的制備方法，其特征 在于，介孔碳納米材料由具有二維孔道結(jié)構的介孔氧化硅材料為硬模板制得。
5.根據(jù)權利要求2所述的一種WO3納米線與介孔碳納米復合材料的制備方法，其特征 在于，在步驟(1)中進行磁力攪拌后，繼續(xù)超聲分散30 120分鐘。
6.根據(jù)權利要求2所述的一種WO3納米線與介孔碳納米復合材料的制備方法，其特征 在于，在步驟(3)中，所述的保護氣體選自氮氣或者氬氣中的一種，流量為0.3 0.4立方 分米/分鐘。
全文摘要
一種氧化鎢納米線與介孔碳納米復合材料及其制備方法，屬于新能源材料領域。本發(fā)明的納米復合材料中，客體材料WO3納米線直徑為10～100納米，長度為300納米～7微米，貫穿或分布在主體材料介孔碳納米材料的孔道內(nèi)或表面。其制備是以孔徑可調(diào)的介孔碳為納米限域反應器，含鎢離子的酸或鹽作為鎢源，通過超聲液相浸漬法，在保護氣體中控溫生長納米線，得到WO3納米線與介孔碳納米復合材料。本發(fā)明可以制備一種一維與二維納米復合粉體材料。本發(fā)明的制備工藝簡單，對設備要求低，可操作性好，同時降低了納米復合材料的生產(chǎn)成本；對于鎢氧化物這類過渡金屬氧化物，在低溫下就可以實現(xiàn)主-客體裝載，避免了在高溫處理的過程中可能導致的孔道坍塌和價態(tài)變化。
文檔編號C01G41/02GK101913597SQ201010280718
公開日2010年12月15日 申請日期2010年9月14日 優(yōu)先權日2010年9月14日
發(fā)明者劉曰利, 周靜, 孫華君, 宋彥寶, 朱泉峣, 趙春霞, 陳文 , 龍曦 申請人:武漢理工大學