功能材料用掺杂氧化钨的制备及其功能特性研究进展的分析.docVIP

功能材料用掺杂氧化钨的制备及其功能特性研究进展的分析 　　钨及钨化合物由于具有独特的理化性和电子特性，成为国民经济以及现代国防中不可替代的基础性材料和战略性资源，并被称为“工业的牙齿”。钨和钨化合物主要被应用于硬质合金等传统工业领域，同时在变色窗、光催化、燃料电池、化学传感器、场发射、环境净化、太阳能转换等功能性领域也有良好的应用前景，因而引起了研究人员的广泛关注，己成为当前功能材料研究的热点之一。例如，金属钨是重要的场发射和热发射材料，应用于X射线管、粉磨管和无线电电子管中的阴极材料;非晶相氧化钨具有很好的光致变色特性和电致变色特性叫;负载型氧化钨近年来被发现具有很高的可见光催化活性，其理论基础在于氧化钨与负载颗粒之间的界而电子转移反应以及氧的多电子还原过程。此外，氧化钨是一种重要的金属氧化物气敏材料，对某些气体具有卓越的灵敏度和选择性;氧化钨对电磁波有很强的吸收能力，可在军事上用作优良的隐形涂料;氧化钨材料具有极好的紫外光吸收特性和理化特性，可作为信息显示屏、大规模信息存储器、智能变色窗等器件的基础材料。 　　然而，近几年研究人员在研究氧化钨的电致变色、气致变色等性能中发现，纯氧化钨材料存在一些弱点，如材料电阻大、极化电压过高、气体选择性不强等;在研究氧化钨的光催化性能中发现，纯氧化钨材料同样存在载流子复合率高、光催化效率低等缺点。为了改善这些性能，研究人员采用多种方法对纳米氧化钨进行改性，其中掺杂是一种有效的方法。本文主要介绍近年来国内外功能材料用掺杂氧化钨材料的制备方法和应用研究进展，分析制备方法、掺杂元素种类对其性能的影响，并对掺杂氧化钨材料功能特性今后的研究方向提出一些看法。 1掺杂氧化钨材料的制备 　　功能材料用掺杂氧化钨的制备方法按反应环境的不同分为固相法、液相法和气相法等。氧化钨是过渡族金属氧化物，通过掺杂不同的元素、改变掺杂量、优化掺杂及复合工艺可对材料进行改性，从而改善其性能。 　　1. 1固相法 　　固相法主要有固相烧结法叫和机械粉碎法，掺杂氧化钨的制备多采用固相烧结法。机械粉碎法是用粉碎机将原料直接研磨成超细粉。固相烧结法一般是指在高温环境下通过固体与固体间的反应来合成金属氧化物的方法。利用固相烧结法合成氧化钨或者掺杂氧化钨的步骤如下:首先将原料干法混合，然后通过球磨等方法粉碎混匀，最后进行一定时间的高温锻烧。Akivama等将钨酸按经过高温锻烧，合成了固体WO3粉末。杜俊平等采用固相烧结法合成了不同Ce掺杂量的WO3光催化剂，该工艺过程简单、成本低，但反应效率低、能耗大、产物粒径不均匀。 　　1. 2液相法 　　1.2.1水热法 　　水热法通常是在密闭的反应体系(如反应釜)中，采用水为溶剂，经加热加压使难溶性反应物有效溶解并进行重结晶，从而合成产物(需适当的后处理)的一种有效方法。2009年，Le等以WC16为钨源、苄醇为溶剂，经溶剂热反应及高温锻烧后得到纳米级固体WO3;研究结果表明，经微波加热方式合成的产物粒度较小，平均直径为6 nm，比表而积为140 m2/g。桂阳海等分别在Na2WO4溶液和Co(NO3)2溶液中加入CTAB(十六烷基三甲基溴化铵)，得到钨酸沉淀和钻酸沉淀，再将沉淀物转移至反应釜中水热反应12 h，得到掺CO纳米WO3.通过水热法合成的掺杂WO3粉末具有粒径均匀、纯度较高、结晶性良好等优点。 　　1.2.2溶胶-凝胶法 　　与其他制备方法相比，溶胶-凝胶法工艺简单，设备成本低，反应过程可控，且便于规模化生产薄膜材料;但由于产物烘干后易形成硬团聚，同时反应时间过长，该法的应用受到了限制。该法主要分为两步:首先利用溶质与溶剂间的水解反应，使金属盐或无机盐溶解于溶剂中，通过缩聚反应使水解产物重新聚集成纳米级粒子，形成溶胶;溶胶经陈化、聚合形成凝胶;凝胶经过干燥、烧结固化制备出分子乃至纳米亚结构的材料。研究人员根据溶胶的特性并结合不同的工艺参数，可合成各种各样的纳米级粉末、薄膜等材料. 　　Zayat等采用溶胶凝胶法合成掺Pt的WO3薄膜，过程如下:在Na2WO3溶液中通过离子交换得到H2 WO4溶胶，再将K2(PtCI4)加入溶胶中，并加入丙酮减缓凝胶过程，随后将玻璃基板浸入溶胶，即得具有良好的光学性能和机械强度的掺Pt的WO3薄膜。 　　1.2.3沉淀法 　　沉淀法通常分为共沉淀法和化学沉淀法，共沉淀法一般用于合成小粒径的掺杂复合氧化物。Lee等采用共沉淀法制备WO3 /TiO2复合氧化物:将氨水和适当的表而活性剂溶解于WCl6和TiC14(质量分数4%)的水溶液，从而生成W(OH)6的沉淀，锻烧后得到纳米粒径的W O3/TiO2 . Xia等采用