專利名稱：水熱法制備具有光催化性能的薄膜納米材料的方法及產(chǎn)品的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及材料制備領(lǐng)域，尤其是一種水熱法制備具有光催化性能的薄膜納米材 料的方法及產(chǎn)品，該納米材料的晶體結(jié)構(gòu)為WO3 · 0. 33H20。
背景技術(shù)：
納米光催化材料在污染水和空氣的處理上具有廣泛的潛力，可用于環(huán)境保護(hù)和治 理等方面。納米光催化材料鍍?cè)诓ＡЩ蛱沾傻然w上形成薄膜時(shí)具有自潔凈功能。目前已 有方法制備的薄膜在牢固性、均勻性和厚度均勻等方面存在缺陷，進(jìn)而影響其光催化能力。 因此，探索一種能制備出牢固、均勻的光催化薄膜對(duì)光催化材料的應(yīng)用具有重要意義。目前已發(fā)明的多種光催化薄膜材料的制備方法集中于二氧化鈦，包括碳摻雜 二氧化鈦光催化劑在可見光下具有穩(wěn)定高效的光催化活性，具有受可見光輻射而激發(fā) 的禁帶寬度，實(shí)現(xiàn)了對(duì)可見光的寬譜效應(yīng)，可顯著提高改性二氧化鈦的光量子效率(CN 101385968A);涂覆-提拉法在低溫條件下制備納米二氧化鈦/碳納米管新型的復(fù)合薄膜材 料，在可見光條件具有光催化性能(CN 101157521A)等。一般WO3的禁帶寬度為2. 8 eV，與TiO2 (3. 2 eV)相比，具備光催化性能的潛力。但 根據(jù)能帶理論，只有當(dāng)光催化劑的導(dǎo)帶位置高于h+/H2氧化還原電位，且價(jià)帶位置低于O2/ H2O氧化還原電位時(shí)，材料才具有光催化性能。WO3的導(dǎo)帶位置低于H+/H2氧化還原電位，因 而不具備光催化性能。已發(fā)明的WO3的水合物WO3 · 0. 33H20納米粉體具有優(yōu)異的紫外光光 催化性能和良好的可見光光催化能力(CN 101357330A)。而TiO2要通過(guò)修飾才可能使其具 有可見光光催化性能，相對(duì)于WO3 · 0. 33H20成本較高，因此研究WO3 · 0. 33H20具有重要價(jià) 值。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于提供一種水熱法制備具有光催化性能的薄膜納 米材料的方法，制得的薄膜具有與基底結(jié)合非常牢固、均勻無(wú)裂紋等特點(diǎn)。本發(fā)明所要解決的另一技術(shù)問(wèn)題在于提供上述制備方法獲得的具有光催化性能 的薄膜納米材料。本發(fā)明解決上述技術(shù)方案所采取的技術(shù)方案是一種水熱法制備具有光催化性能 的薄膜納米材料的方法，光催化性能為紫外光和可見光光催化性能，包括下述步驟
第一步將鎢酸鈉溶液溶于濃度調(diào)節(jié)劑中，調(diào)節(jié)后鎢酸鈉溶液的濃度為0. 1 1. 0 mol/L ；
第二步鎢酸鈉溶液通過(guò)盛有陽(yáng)離子交換樹脂的交換柱；
第三步再在鎢酸鈉溶液中加入酸度調(diào)節(jié)劑，調(diào)節(jié)后鎢酸鈉溶液的pH值為1. 2 2. 0 ； 第四步將鎢酸鈉溶液裝入反應(yīng)釜中，同時(shí)加入基體材料，在100 200°C下水熱反應(yīng) 2 12小時(shí)后，在基體材料上形成紫外光和可見光光催化性能的薄膜納米材料。本發(fā)明的制備方法是關(guān)于具有紫外光和可見光光催化作用的、以不同比例正交和六方晶相混合的WO3 · 0. 33H20納米晶體薄膜材料的制備方法。具體的，水熱反應(yīng)溫度可以為110、120、130、140、150、160、170、180、190 或 200°C ； 水熱反應(yīng)時(shí)間可以為2、3、4、5、6、7、8、9、10、11或12小時(shí)。濃度調(diào)節(jié)后鎢酸鈉溶液的濃度可以為0. 1,0. 2,0. 3,0. 4,0. 5,0. 6,0. 8或1. 0 mol/L ；
酸度調(diào)節(jié)后鎢酸溶液的PH值可以為1. 2、1.3、1.5、1.6、1.8或2.0 ； 在上述方案的基礎(chǔ)上，第一步中，所述的鎢酸鈉溶液為二水鎢酸鈉溶液。另，陽(yáng)離子交 換樹脂最優(yōu)選732型陽(yáng)離子交換樹脂，
在上述方案的基礎(chǔ)上，第一步中，所述的濃度調(diào)節(jié)劑為水(去離子水)、乙醇、丙醇中的 一種或幾種的組合物。在上述方案的基礎(chǔ)上，第三步中，所述的酸度調(diào)節(jié)劑為乙酸、鹽酸、過(guò)氧化氫中的 一種或幾種的組合物。在上述方案的基礎(chǔ)上，第三步中，進(jìn)一步加入磷酸、鈦鹽、鐵鹽或鋅鹽溶液的一種 或幾種的組合，加入量為1 20ml，濃度為0. 5 2. 5 mol/L。具體的加入量可以為1、2、3、4、5、7、8、10、12、15、18或20ml，濃度可以為0. 5,0. 8、 1. 0、1· 2、1· 5、2· 0、2· 2 或 2. 5 mol/L。在上述方案的基礎(chǔ)上，所述的鈦鹽為四氯化鈦、硫酸鈦中的一種或兩種，鐵鹽為硫 酸鐵、硝酸鐵、三氯化鐵中的一種或多種，鋅鹽為硫酸鋅、氯化鋅、醋酸鋅中的一種或多種。在上述方案的基礎(chǔ)上，第四步中，所述的基體材料為玻璃或陶瓷。在上述方案的基礎(chǔ)上，對(duì)第四步獲得的薄膜納米材料在80 120°C下進(jìn)行干燥， 獲得牢固均勻的納米晶薄膜材料。針對(duì)上述的制備方法獲得的具有光催化性能的薄膜納米材料，所述納米材料的晶 體結(jié)構(gòu)為正交和六方WO3 · 0. 33H20的混合晶相，平均晶粒尺度小于30nm。在上述方案的基礎(chǔ)上，所述的WO3 ·0. 33Η20納米晶混合晶相中，六方相晶體的含量 10 90%。薄膜隨六方晶相含量的增加，可見光催化性能提高，而隨正交晶相含量的增加， 紫外光催化性能提高。本發(fā)明的有益效果是
本發(fā)明的水熱法制備具有光催化性能的薄膜納米材料的方法，制得的薄膜具有與基底 結(jié)合非常牢固、均勻無(wú)裂紋等特點(diǎn)，且晶相為正交和六方WO3 · 0. 33Η20的混合晶相，均為對(duì) 光催化性有顯著作用的晶相，其中，六方晶相含量的增加，可見光催化性能提高，而隨正交 晶相含量的增加，紫外光催化性能提高。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1
一種水熱法制備具有光催化性能的薄膜納米材料的方法，光催化性能為紫外光和可見 光光催化性能，包括下述步驟
第一步將2. 6g二水鎢酸鈉溶液溶于濃度調(diào)節(jié)劑40ml去離子水中，調(diào)節(jié)后鎢酸鈉溶液 的濃度為0. 2 mol/L ；
第二步鎢酸鈉溶液通過(guò)盛有732型陽(yáng)離子交換樹脂的交換柱的反應(yīng)器，獲得黃色溶液(H2WO4 · ηΗ20)；
第三步再在鎢酸溶液中加入酸度調(diào)節(jié)劑Iml過(guò)氧化氫，調(diào)節(jié)后鎢酸溶液的pH值為
1. 5 ；
第四步將鎢酸溶液裝入反應(yīng)釜中，同時(shí)加入基體材料玻璃片，在150°C下水熱反應(yīng)3 小時(shí)后，在玻璃片上形成WO3 · 0. 33H20納米晶體薄膜納米材料。其反應(yīng)如下
權(quán)利要求
1.一種水熱法制備具有光催化性能的薄膜納米材料的方法，光催化性能為紫外光和可 見光光催化性能，其特征在于包括下述步驟第一步將鎢酸鈉溶液溶于濃度調(diào)節(jié)劑中，調(diào)節(jié)后鎢酸鈉溶液的濃度為0. 1 1. 0 mol/L ；第二步鎢酸鈉溶液通過(guò)盛有陽(yáng)離子交換樹脂的交換柱；第三步再在鎢酸鈉溶液中加入酸度調(diào)節(jié)劑，調(diào)節(jié)后鎢酸鈉溶液的PH值為1. 2 2. 0 ；第四步將鎢酸鈉溶液裝入反應(yīng)釜中，同時(shí)加入基體材料，在100 200°C下水熱反應(yīng) 2 12小時(shí)后，在基體材料上形成紫外光和可見光光催化性能的薄膜納米材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水熱法制備具有光催化性能的薄膜納米材料的方法，其特征 在于第一步中，所述的鎢酸鈉溶液為二水鎢酸鈉溶液。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水熱法制備具有光催化性能的薄膜納米材料的方法，其特征 在于第一步中，所述的濃度調(diào)節(jié)劑為水、乙醇、丙醇中的一種或幾種的組合物。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水熱法制備具有光催化性能的薄膜納米材料的方法，其特征 在于第三步中，所述的酸度調(diào)節(jié)劑為乙酸、鹽酸、過(guò)氧化氫中的一種或幾種的組合物。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水熱法制備具有光催化性能的薄膜納米材料的方法，其特 征在于第三步中，進(jìn)一步加入磷酸、鈦鹽、鐵鹽或鋅鹽溶液的一種或幾種的組合，加入量為 1 20 ml，濃度為 0. 5 2. 5 mol/L。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水熱法制備具有光催化性能的薄膜納米材料的方法，其特征 在于所述的鈦鹽為四氯化鈦、硫酸鈦中的一種或兩種，鐵鹽為硫酸鐵、硝酸鐵、三氯化鐵的 一種或多種，鋅鹽為硫酸鋅、氯化鋅、醋酸鋅中的一種或多種。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水熱法制備具有光催化性能的薄膜納米材料的方法，其特征 在于第四步中，所述的基體材料為玻璃或陶瓷。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水熱法制備具有光催化性能的薄膜納米材料的方法，其特征 在于對(duì)第四步獲得的薄膜納米材料在80 120°C下進(jìn)行干燥，獲得牢固均勻的納米晶薄 膜材料。
9.針對(duì)權(quán)利要求1至8之一所述的制備方法獲得的具有光催化性能的薄膜納米材料， 其特征在于所述納米材料的晶體結(jié)構(gòu)為正交和六方WO3 ·0. 33Η20的混合晶相，平均晶粒尺 度小于30nm。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的具有光催化性能的薄膜納米材料，其特征在于所述的 WO3 · 0. 33H20納米晶混合晶相中，六方相晶體的含量10 90%。
全文摘要
本發(fā)明涉及水熱法制備具有光催化性能的薄膜納米材料的方法及產(chǎn)品，制備方法包括下述步驟將鎢酸鈉溶液溶于濃度調(diào)節(jié)劑中，調(diào)節(jié)后鎢酸鈉溶液的濃度為0.1～1.0mol/L；鎢酸鈉溶液通過(guò)盛有陽(yáng)離子交換樹脂的交換柱；再在鎢酸溶液中加入酸度調(diào)節(jié)劑，調(diào)節(jié)后鎢酸溶液的pH值為1.2～2.0；將鎢酸溶液裝入反應(yīng)釜中，同時(shí)加入基體材料，在100～200℃下水熱反應(yīng)2～12小時(shí)后，在基體材料上形成紫外光和可見光光催化性能的薄膜納米材料。薄膜產(chǎn)品的晶體結(jié)構(gòu)為正交和六方WO3·0.33H2O的混合晶相，平均晶粒尺度小于30nm。制得的薄膜具有與基底結(jié)合非常牢固、均勻無(wú)裂紋等特點(diǎn)，兩種晶相均為對(duì)光催化性有顯著作用。
文檔編號(hào)B01J23/30GK102068981SQ201010616979
公開日2011年5月25日 申請(qǐng)日期2010年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月31日
發(fā)明者尹婷, 胡棟虎, 賀蘊(yùn)秋 申請(qǐng)人:同濟(jì)大學(xué)