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一种微波插层制备WO3纳米片的方法
技术领域
本发明涉及一种纳米结构的WO3纳米片制备方法，属于无机层状化合物制备与剥离技术领域。
背景技术
近年来，新型敏感电极材料的开发是气敏传感器领域一个值得探讨的问题，敏感电极的催化性能直接影响了气敏效果，因此具有纳米结构敏感电极材料的制备是电化学传感器领域的研究热点。
WO3是一种用途广泛的金属氧化物功能材料，具有优异的催化、气敏、光电等性能，但其直接用作敏感电极浆料时，传感器的灵敏度较低，不适合于低浓度气体的检测。所以需要探索一种安全、快捷、绿色的WO3纳米片合成方法。纳米材料具有表面效应、小尺寸效应和量子效应等优点而广泛应用，研究发现可通过水热法、溶剂热法、无机有机杂化法等方法合成不同维度纳米材料加以应用。
WO3纳米片是一种重要的半导体材料，它有着较大的比表面积，能够提高电子之间的传输速率，因而增加了催化活性。WO3纳米片层间距致密有序，材料内部缺陷较少。因此，用WO3纳米片为敏感电极制备的传感器相比于普通WO3材料响应性更大、稳定性更强。目前比较常见的制备WO3纳米片的方法是水热合成法，该方法有着很多不可控因素。水热条件如温度、PH等对纳米WO3的形成及微结构有着很大的影响。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：现有WO3纳米片的制备方法工艺复杂，效率低等问题。
为了解决上述技术问题，本发明提供的技术方案如下：
一种用微波插层法制备WO3纳米片的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1)：化合物Bi2W2O9粉体的制备：将Bi2O3粉体与WO3粉体研磨，形成混合物；将混合物放入马弗炉中煅烧后，自然冷却，得到Bi2W2O9粉体；
步骤2)：中间体H2W2O7·xH2O的制备：在Bi2W2O9粉体加入中分多次加入HCl搅拌均匀，每次加入HCl后微波加热，微波加热前须冷却至室温；然后抽滤洗涤，自然晾干后得到亮黄色粉体，即H2W2O7·xH2O；
步骤3)：WO3纳米片的制备：将H2W2O7·xH2O置于HNO3溶液中，磁力搅拌，离心、抽滤洗涤得到WO3纳米片。
优选地，所述步骤1)中Bi2O3粉体与WO3粉体的质量比为1：1。
优选地，所述步骤1)中的研磨时间为3-5小时。
优选地，所述步骤1)中煅烧的温度为600-1000℃，煅烧时间为1-3h。
优选地，所述步骤2)中HCl的浓度为6mol/L，Bi2W2O9粉体与HCl的比例为(1～2)g：(40～120)mL。
优选地，所述步骤2)中HCl分16次加入，微波加热的时间为3min。
优选地，所述步骤2)中洗涤采用去离子水和乙醇。
优选地，所述步骤3)中H2W2O7·xH2O与16mol/L HNO3溶液的比例为(1～5)g：(20～40)mL。
优选地，所述步骤3)中磁力搅拌的时间为6-10天。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1、与传统方法相比，通过微波作用进行化合物插层，制备得到WO3纳米片，大大缩短了制备时间。
2、所制得的材料WO3纳米片应用于电化学传感器领域，可提高传感器的灵敏度和稳定性。
附图说明
图1为实施例1制备的WO3纳米片的XRD图谱；
图2为实施例1制备的WO3纳米片的TEM图；
图3为实施例1制备的WO3纳米片传感器的工作曲线。
具体实施方式
为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。
实施例1
一种微波插层制备WO3纳米片的方法：
a)采用固相法制备的Bi2W2O9
称取3g Bi2O3和3g WO3粉体，并将两种粉体放在玛瑙研钵中充分研磨4h，形成混合物，所得的混合物放入马弗炉中，高温600℃煅烧1h自然冷却降温成Bi2W2O9粉体。
b)采用微波插层法制备WO3纳米片
取3g Bi2W2O9置于烧杯中，加入200mL 6mol/L的HCl搅拌均匀，转移至微波炉中2min微波加热一次重复上述操作15次(每次取出时要加入同等分的盐酸并且冷却至室温)，用真空泵进行抽滤分离，用去离子水和乙醇洗净，自然晾干得到亮黄色粉体。取1g亮黄色粉体置于20mL 16mol/L HNO3溶液中，磁力搅拌7天，离心，洗涤抽滤得到WO3纳米片。
c)采用WO3纳米片做敏感电极其具体步骤为：取烧结后的YSZ基片，通过丝网印刷分别在其正反两面印上Pt浆，置于烘箱中烘干。用耐高温无机粘结剂(卡夫特K-5204K导热硅胶)在传感器机基片的两端分别黏上Pt丝，选择一面在Pt浆上刷上用WO3纳米片制备的浆料并将其作为敏感电极，另一面Pt作为参比电极。将组装好的的传感器置于马弗炉中，高温800℃煅烧2h，去除其中的有机物，自然冷却至室温得到的便是简单的片式传感器，通过测试得知该传感器对30-500ppm的SO2的灵敏度为28.75mV/decade。
其中，所述的步骤a)中，所述Bi2W2O9合成条件为：Bi2O3和WO3的质量分别为3g，研磨时间为4h，煅烧温度为600℃，煅烧时间为1h。
其中，所述的步骤b)中，所述HCL为：200mL 6mol/L，微波时间为：2min一次重复15次，共30min。
其中，所述的步骤c)中，所述的传感器测试浓度范围为：30-500ppm。
上述操作后得到的WO3纳米片如图1、2所示。用WO3纳米片为敏感电极浆料制备的传感器对SO2气体灵敏度的工作曲线如图3所示。
实施例2
一种微波插层制备WO3纳米片的方法：
a)采用固相法制备的Bi2W2O9
称取5g Bi2O3和5g WO3粉体，并将两种粉体放在玛瑙研钵中充分研磨4h，形成混合物，所得的混合物放入马弗炉中，高温800℃煅烧2h自然冷却降温成Bi2W2O9粉体。
b)采用微波插层法制备WO3纳米片
取5g Bi2W2O9置于烧杯中，加入400mL 6mol/L的HCl搅拌均匀，转移至微波炉中2min微波加热一次重复上述操作15次(每次取出时要加入同等分的盐酸并且冷却至室温)，用真空泵进行抽滤分离，用去离子水和乙醇洗净，自然晾干得到亮黄色粉体。取3g亮黄色粉体置于30mL16mol/L HNO3溶液中，磁力搅拌8天，离心，洗涤抽滤得到WO3纳米片。
c)WO3纳米片做敏感电极时，传感器对30-500ppm的SO2的灵敏度为23.65mV/decade。
实施例3
一种微波插层制备WO3纳米片的方法：
a)采用固相法制备的Bi2W2O9
称取10g Bi2O3和10g WO3粉体，并将两种粉体放在玛瑙研钵中充分研磨5h，形成混合物，所得的混合物放入马弗炉中，高温1000℃煅烧3h自然冷却降温成Bi2W2O9粉体。
b)采用微波插层法制备WO3纳米片
取10g Bi2W2O9置于烧杯中，加入600mL 6mol/L的HCl搅拌均匀，转移至微波炉中2min微波加热一次重复上述操作15次(每次取出时要加入同等分的盐酸并且冷却至室温)，用真空泵进行抽滤分离，用去离子水和乙醇洗净，自然晾干得到亮黄色粉体。取5g亮黄色粉体置于40mL16mol/L HNO3溶液中，磁力搅拌10天，离心，洗涤抽滤得到WO3纳米片。
c)WO3纳米片做敏感电极时，传感器对30-500ppm的SO2的灵敏度为25.25mV/decade。
