本发明专利技术涉及三氧化钨晶体领域，具体为一种三氧化钨晶体晶面可控生长的制备方法，通过湿化学过程以硼化钨为前驱体水热生长晶面暴露比例不同三氧化钨晶体，能够解决针对不同的反应体系提供具有不同的氧化还原能力的三氧化钨光催化剂的问题。将前驱体装入有硝酸水溶液的反应釜中，经加热处理，可得到{002}晶面占优的三氧化钨晶体。将前驱体装入有氢氟酸水溶液或氢氟酸乙醇溶液或氢氟酸水、乙醇混合溶液的反应釜中，经加热处理，可得到氢钨青铜立方晶体，氢钨青铜晶体经空气中热处理，可得到{002}、{200}、{020}晶面比例相等的三氧化钨晶体。从而，制备出具有规则形貌的、晶面比例不同的、具有很好光解水产氧能力的三氧化钨晶体。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及三氧化钨晶体领域，具体为ー种三氧化钨晶体晶面可控生长的制备方法，通过湿化学过程以硼化钨为前驱体水热生长晶面比例不同三氧化钨晶体。
技术介绍
由于三氧化钨具有合适的带隙(2. 5 2. 8eV)、高的耐酸性和高的热稳定性，其做为ー种η型半导体材料引起了广泛的关注和深入的研究。三氧化钨光催化剂除了应用于光催化分解水外，还广泛应用于光降解、太阳能电池、光电化学、光致变色以及气体传感器等领域。因为光催化反应主要在半导体材料的表面进行， 所以通过研究半导体材料不同晶面的催化活性来找到提高其光催化效率的途径是近年来研究的重点。近年来，虽然合成出了片状、棒状、线状、花状等各种形貌的三氧化钨晶体，但是鲜见有形貌规则的、某些晶面暴露的三氧化钨晶体被制备出来，这也就限制了三氧化钨不同晶面上催化活性的深入研究，从而阻碍了一条提高其光催化效率的重要途径。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供了一种三氧化钨晶体晶面可控生长制备方法，能够解决针对不同的反应体系提供具有不同的氧化还原能力的三氧化钨光催化剂的问题，可以制备出具有形貌规则的、某些晶面暴露的三氧化钨晶体。本专利技术的技术方案是本专利技术提供，以未经任何处理的商用硼化鹤(WBx,O < X < 5)为前驱体,将其放入装有硝酸水溶液的反应爸中，反应爸密封后，放入烘箱加热处理，取出反应样品，用去离子水清洗并烘干，就可在硝酸体系中得到(002)晶面占优的三氧化钨晶体；或以未经任何处理的商用硼化钨(WBx，0 <x<5)为前驱体，将其放入装有氢氟酸水溶液或氢氟酸的こ醇溶液或氢氟酸的水、こ醇混合溶液的反应釜中，反应釜密封后，放入烘箱加热处理，取出反应样品，用去离子水清洗并烘干，再在空气中热处理就可在氢氟酸体系中得到三种晶面比例相等的三氧化钨晶体。其中，具体的特征在于I、前驱体为表面光滑的具有不规则形貌，尺寸为100 5000nm大小的粉体商用硼化钨(WBx, O < X < 5)的ー种。2、反应釜材质为不锈钢、铝合金、铜和钽的ー种，内胆为聚四氟こ烯和高密度聚こ烯的ー种。3、所述硝酸水溶液中，硝酸的摩尔浓度为O. 05 5M ;所述氢氟酸水溶液或氢氟酸的こ醇溶液或氢氟酸的水、こ醇混合溶液中，氢氟酸的摩尔浓度为O. OlM 3M，こ醇与水的体积比在O I之间。4、硝酸体系中，硼化钨的质量与硝酸水溶液体积之间的比例为lg/20mL lg/1000mL ;氢氟酸体系中，硼化钨的质量与氢氟酸水溶液或氢氟酸的こ醇溶液或氢氟酸的水、こ醇混合溶液的体积之间的比例为lg/20mL lg/1000mL。5、所述放入烘箱加热处理时，加热温度为100 300°C，加热时间为2h 48h。6、所述用去离子水清洗后烘干时，烘干温度为60 100°C。7、在硝酸水溶液的环境中所得为(002)晶面占优的三氧化钨晶体，形貌为块状体，尺度约为100 2000nm ;在氢氟酸水溶液或氢氟酸的こ醇溶液或氢氟酸的水、こ醇混合溶液的环境中所得为三种晶面比例相等的氢钨青铜(Ha23WO3)晶体，再500 1000°C空气中热处理I 3h就可得三种晶面比例相等的三氧化钨晶体，形貌为立方体，尺度约为600 2000nm。本专利技术中，晶面比例是指晶面占总面积的比例。本专利技术的设计思想如下 三氧化钨晶体不同晶面上的能带结构不同，导致其不同晶面上的氧化还原反应能力不同。合成的三氧化钨晶体由于晶面暴露比例不同，其氧化还原能力会有差异，从而能够解决针对不同的反应体系提供具有不同的氧化还原能力的三氧化钨光催化剂的问题。将前驱体装入有硝酸水溶液的反应釜中，经加热处理，可得到(002)、(020)和(200)晶面暴露的三氧化钨晶体，该晶体暴露的三种晶面的比例分别为75^,10%和15% (称之为(002)晶面占优的三氧化钨晶体)。将前驱体装入有氢氟酸水溶液或氢氟酸こ醇溶液或氢氟酸水、こ醇混合溶液的反应釜中，经加热处理，可得到(002)、(020)和(200)晶面暴露的氢钨青铜(Ha23WO3)晶体，氢钨青铜晶体经空气中热处理，可得到(002)、(020)和(200)晶面暴露的三氧化钨晶体，该晶体暴露的三种晶面的比例均为33. 3% (称之为三种晶面比例相等的三氧化钨晶体)。(002)晶面占优的三氧化钨晶体形貌为块状体，尺度约为100 2000nm，该三氧化钨块状体具有很好的光解水产氧能力，并且展现出一定的光还原ニ氧化碳的能力。三种晶面比例相等的三氧化钨晶体形貌为立方体，尺度约为600 2000nm，该三氧化钨立方体展现出高于(002)晶面占优的三氧化钨晶体的光解水产氧能力。本专利技术的优点及有益效果是I、本专利技术是，在硝酸水溶液的环境中可获得(002)晶面占优的三氧化钨晶体；在氢氟酸水溶液或氢氟酸こ醇溶液或氢氟酸水、こ醇混合溶液的环境中可获得三种晶面比例相等的三氧化钨晶体。2、本专利技术方法可以任何形貌、任何尺寸的商用硼化钨为前驱体。3、本专利技术方法所形成的不同晶面暴露的三氧化钨晶体形貌均一、暴露晶面比例可控，有利于开展三氧化钨晶体不同晶面上催化活性的研究。4、本专利技术方法获得的不同晶面暴露的三氧化钨晶体是单晶的，粒径大小可控。总之，制备出具有规则形貌的、晶面暴露比例不同的三氧化钨晶体，对于材料合成本身及随后的晶面催化活性的研究都有重要的意义。对材料合成而言，在本专利技术中为合成晶面暴露比例不同的三氧化钨晶体应用了硝酸水溶液、氢氟酸水溶液、氢氟酸こ醇溶液和氢氟酸水、こ醇混合溶液；同样，在盐酸、硫酸水溶液或盐酸、硫酸水与其它有机溶剂形成的混合液中，也可形成有某些晶面暴露的三氧化钨晶体。对三氧化钨不同晶面催化活性的研究而言，三氧化钨晶体不同暴露晶面上有着不同的电子结构和原子结构，而由于合成的三氧化钨晶体晶面暴露比例不同，从而导致其光氧化还原能力有差异。这也使得对三氧化钨光催化活性的认识提高到表面电子和原子水平，从而为此后的以三氧化钨为基的光催化材料或光催化器件的设计提供理论和实验依据。附图说明图I.氢钨青铜晶体和三氧化钨晶体的SEM照片；其中，(a)图是三种晶面比例相等的氢钨青铜晶体的SEM照片；(b)图是三种晶面比例相等的单颗粒氢钨青铜晶体的SEM照片；(c)图是三种晶面比例相等的三氧化钨晶体的SEM照片；(d)图是三种晶面比例相等的单颗粒三氧化钨晶体的SEM照片；(e)图是(002)晶面占优的三氧化钨晶体的SEM照片；(f)图是(002)晶面占优的三氧化钨晶体高倍数下的SEM照片。图2.三氧化钨晶体的TEM照片；其中，(a)图是三种晶面比例相等的三氧化钨晶体的TEM照片；(b)图是三种晶面比例相等的三氧化钨晶体的HETEM照片，其中插图为颗粒的衍射斑点照片；(c)图是(002)晶面占优的三氧化钨晶体的TEM照片；⑷图是(002)晶面占优的三氧化钨晶体的HETEM照片，其中插图为颗粒的衍射斑点照片。 图3.三氧化钨晶体的XPS曲线；其中，(a)图是三种晶面比例相等的三氧化钨晶体的XPS曲线；(b)图是(002)晶面占优的三氧化钨晶体的XPS曲线。图4.三种晶面比例相等的三氧化钨晶体的XRD和Raman曲线；其中，(a)图是XRD图谱；(b)图是Raman图谱。图5. (002)晶面占优的三氧化钨晶体的XRD和Raman曲线本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种三氧化钨晶体晶面可控生长的制备方法，其特征在干以未经任何处理的商用硼化钨为前驱体，将其放入装有硝酸水溶液的反应釜中，反应釜密封后，放入烘箱加热处理，取出反应样品，用去离子水清洗并烘干，从而在硝酸体系中得到(002)晶面占优的三氧化鹤晶体；或以未经任何处理的商用硼化鹤为前驱体，将其放入装有氢氟酸水溶液或氢氟酸的こ醇溶液或氢氟酸的水、こ醇混合溶液的反应釜中，反应釜密封后，放入烘箱加热处理，取出反应样品，用去离子水清洗并烘干，在空气中热处理，从而在氢氟酸体系中得到三种晶面比例相等的三氧化钨晶体。2.按照权利要求I所述的三氧化钨晶体晶面可控生长的制备方 法，其特征在于所述前驱体为具有不规则形貌，尺寸为100 5000nm大小的粉体商用硼化钨的ー种，硼化钨的化学式为WBx，0 < X < 5。3.按照权利要求I所述的三氧化钨晶体晶面可控生长的制备方法，其特征在于所述反应釜的材质为不锈钢、铝合金、铜和钽的ー种，内胆为聚四氟こ烯和高密度聚こ烯的一种。4.按照权利要求I所述的三氧化钨晶体晶面可控生长的制备方法，其特征在于所述硝酸水溶液中，硝酸的摩尔浓度为O. 05 5M ;所述氢氟酸水溶液或氢氟酸こ醇溶液或氢氟酸水、こ醇混合溶液...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘岗，谢英鹏，成会明，
申请(专利权)人：中国科学院金属研究所，
类型：发明
国别省市：
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