一种钨单原子修饰的仿生W制造技术

本申请公开一种钨单原子修饰的仿生W

【技术实现步骤摘要】
一种钨单原子修饰的仿生W
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/TiO2多级结构材料及其制备方法


[0001]本文涉及但不限于化工、新材料和环境保护
，尤其涉及但不限于具有优异电致变色性能的具有钨单原子修饰的仿生W
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/TiO2多级结构电致变色材料制备方法。

技术介绍

[0002]研究表明，全球一次能源消耗约30％至40％用于建筑物的照明、供暖、通风和空调，建筑物能源效率是城市可持续发展的重要组成部分。而窗户被认为是能源效率最低的建筑构件之一，大量的光和热是通过窗户损失的。为了实现建筑节能，发展玻璃门窗的节能技术具有重大意义。
[0003]随着科技的不断进步，一些节能玻璃逐渐被开发并得到应用，如吸热玻璃、低辐射玻璃、热反射玻璃、真空玻璃及中空玻璃等。但这些节能玻璃基本都是被动按照已设定的模式改变光或热的传导，功能单一，且不能随着人的意愿或外界环境实现动态调节，具有很大的局限性，而电致变色材料可以在较小的电压(<3V)作用下，实现其透过率、反射率和吸收率等光学性质发生可逆变化，具有动态调节光学性能的优势，基于电致变色材料构造的建筑物智能玻璃，不仅可以实现室内光线调制，并可以选择性地调节太阳光中近红外光的透射率，调节进入建筑物内的太阳能，实现建筑物热量管理，将是未来解决建筑物节能最有希望的方式之一。
[0004]电致变色玻璃由透明导电层、电致变色层、电解质层、离子存储层、透明导电层五部分组成，电致变色材料作为电致变色玻璃的重要组成部分得到了广泛的研究，尤其是以无机电致变色材料研究最甚。WO3因其着色效率高、可逆性好、响应时间短、成本低、着色和褪色时的光学变化范围较宽等优点，被认为是最具有发展前景的电致变色材料之一。但仍存在材料电阻大，循环性差、寿命短等弱点。因此，研究者们常通过对WO3进行改性、掺杂或材料复合等方式来改善其性能。

技术实现思路

[0005]以下是对本文详细描述的主题的概述。本概述并非是为了限制本申请的保护范围。
[0006]为了解决上述问题，本申请设计了一种“类松针状”具有大比表面积、三维网络结构、结构稳定性好的多级结构电致变色材料，具有特殊形貌的非计量比氧化钨有效增加了材料表面的活性位点数量，可有效地促进电解质离子在材料表面的反应，从而提高离子扩散速率和反应效率。
[0007]本申请提出了一种具有钨单原子修饰的仿生W
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/TiO2多级结构电致变色材料制备方法，其中二氧化钛纤维具有钨单原子修饰，氧化钨纳米线通过晶体成核、长大、外延生长，形成自支撑多级结构，二氧化钛纳米纤维充当松针的枝干，氧化钨纳米线充当松针，提供了一种多级纳米纤维结构的电致变色材料。所制备的多级结构具有大比表面积、三维网
络结构，一方面可以提高体系工作时离子扩散速率，较大提升了体系的离子存储能力。另一方面二氧化钛与氧化钨均为阴极电致变色材料，两者的复合将产生显著的双协同效应，可大大提升体系的电致变色性能。
[0008]本申请提供了一种钨单原子修饰的仿生W
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/TiO2多级结构材料，包括氧化钨纳米线和二氧化钛纳米纤维，所述氧化钨负载在二氧化钛纳米纤维表面，并与所述二氧化钛纳米纤维形成异质结；所述氧化钨和所述氧化钛的异质结结构处存在钨单原子层；
[0009]所述氧化钨中W元素的原子数百分比含量为1％至10％，优选为1％至8％；
[0010]所述二氧化钛中Ti元素的原子数百分比含量为20％至80％，优选为20％至40％。
[0011]在本申请提供的一种实施方式中，所述二氧化钛纳米纤维直径为50nm至800nm，所述二氧化钛纳米纤维的长度为1μm至500μm；
[0012]所述氧化钨纳米线直径为1nm至800nm(优选200nm)；所述氧化钨纳米线的纤维长度为0.1μm至5μm。
[0013]又一方面，本申请提供了上述的钨单原子修饰的仿生W
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/TiO2多级结构材料的制备方法，包括以下步骤：
[0014]1)配置前驱体溶液A：所述混合溶液A按重量份计包括12份至82份的钛酸盐、12份至60份的增粘剂、15份至100份的溶剂以及0.5份至25份的酸液；
[0015]2)制备二氧化钛纳米纤维：采用静电纺丝技术制备二氧化钛前驱体纳米纤维，并对所述二氧化钛前驱体纳米纤维煅烧形成二氧化钛纳米纤维；
[0016]3)制备氧化钨前驱体溶液：将钨盐溶于溶剂中，混合形成透明溶液；所述钨盐在溶剂中的浓度为5
×
10
‑4至2
×
10
‑3g/ml；
[0017]4)将步骤2)所得的所述二氧化钛纳米纤维置于步骤3)所得的氧化钨前驱体溶液中浸渍；所述浸渍的条件为：30℃至100℃下浸渍1h至10h；每1mg二氧化钛纳米纤维对应0.5
‑
10g的氧化钨前驱体溶液；
[0018]5)制备氧化钨
‑
二氧化钛复合材料，使用步骤4)所得的混合物，通过热溶剂法制备所述氧化钨
‑
二氧化钛复合材料；
[0019]可选地，所述制备方法由以上步骤组成。
[0020]在本申请提供的一种实施方式中，步骤1)中所述的钛酸盐为钛酸四丁酯、钛酸四异丙酯、钛酸乙酯、钛酸异辛酯、中的一种或多种；
[0021]在本申请提供的一种实施方式中，步骤1)和步骤3)中的溶剂选自水、无水乙醇、无水甲醇、丙酮、甲酰二甲胺中的一种或多种。
[0022]在本申请提供的一种实施方式中，步骤1)中所述增粘剂为聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯腈、聚乙烯醇缩丁醛、聚酰亚胺中的一种或多种。
[0023]在本申请提供的一种实施方式中，步骤1)所述的酸液选自硫酸、硝酸、盐酸、乙酸、氢氟酸、次氯酸中的一种或多种。
[0024]在本申请提供的一种实施方式中，步骤3)中所述的钨盐为六羰基钨、三氯化钨、四氯化钨、六氯化钨中的一种或多种。
[0025]在本申请提供的一种实施方式中，步骤2)中所述的静电纺丝的条件为：电压为5KV至15KV、流速为0.5ml/h至10ml/h及收集距离为10cm至30cm。
[0026]在本申请提供的一种实施方式中，步骤2)中所述煅烧的条件为：300℃至700℃下
煅烧1h至4h。
[0027]在本申请提供的一种实施方式中，步骤3)中混合的时间为5min至50min；
[0028]在本申请提供的一种实施方式中，步骤5)中所述的溶剂热法的条件为：120℃至200℃下恒温反应8h至20h；之后将得到的产物在40至100℃下真空干燥0.1至10h。
[0029]本申请提供的电致变色材料，氧化钛的直径在50nm至800nm范围内，优选100nm至500nm范围内，该生长条件下的氧化钨纳米线才可以均匀分布本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多级结构材料，包括氧化钨纳米线和二氧化钛纳米纤维，所述氧化钨纳米线负载在所述二氧化钛纳米纤维表面，并与所述二氧化钛纳米纤维形成异质结；所述氧化钨和所述氧化钛的异质结结构处存在钨单原子层；所述氧化钨中钨元素的原子数百分比含量为1％至10％，优选为1％至8％；所述二氧化钛中钛元素的原子数百分比含量为20％至80％，优选为20％至70％。2.根据权利要求1所述的材料，其中，所述二氧化钛纳米纤维直径为50nm至800nm，所述二氧化钛纳米纤维的长度为1μm至500μm；所述氧化钨纳米线直径为1nm至800nm；所述氧化钨纳米线的纤维长度为0.1μm至5μm。3.根据权利要求1或2所述的多级结构材料的制备方法，包括以下步骤：1)配置前驱体溶液A：所述前驱体溶液A按重量份计包括12份至82份的钛酸盐、12份至60份的增粘剂、15份至100份的溶剂以及0.5份至25份的酸液；2)制备二氧化钛纳米纤维：采用静电纺丝技术制备二氧化钛前驱体纳米纤维，并对所述二氧化钛前驱体纳米纤维煅烧形成二氧化钛纳米纤维；3)制备氧化钨前驱体溶液：将钨盐溶于溶剂中，混合形成透明溶液；所述钨盐在溶剂中的浓度为5
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‑4至2
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‑3g/ml；4)将步骤2)所得的所述二氧化钛纳米纤维置于步骤3)所得的所述氧化钨前驱体溶液中浸渍；所述浸渍的条件为：30℃至100℃下浸渍1h至10h；每1mg二氧化钛纳米纤维对应...

【专利技术属性】
技术研发人员：张如范，黄娅，王宝顺，贾希来，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：