本發(fā)明公開了一種鉬摻雜三氧化鎢納米薄膜材料的制備方法，屬于納米材料的
技術領域：
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背景技術：
：近年來，三氧化鎢納米薄膜材料的研究引起了越來越多的關注。三氧化鎢是一種n型半導體材料，其禁帶寬度較窄，能夠響應可見光，并且具有與tio2光催化劑相似的特點，即穩(wěn)定、無毒、耐光蝕、成本低且價帶電勢高、光生空穴氧化能力強。三氧化鎢薄膜具有光電催化性能和傳感性能，能夠用于光電催化降解有機物、分解水產(chǎn)氫和ph、ch4、no2傳感器等。然而三氧化鎢薄膜的微觀結(jié)構(gòu)決定著三氧化鎢薄膜的光電催化性能和傳感性能以及使用壽命?，F(xiàn)有的三氧化鎢納米薄膜的制備方法主要是通過水熱化學的方法制備，具有代表性的水熱化學制備方法，其主要制備步驟包括：（1）以導電玻璃為基底材料和電信號傳遞基體，（2）在導電玻璃基底上涂覆一層白鎢酸膠體溶液并經(jīng)燒結(jié)得到三氧化鎢晶種，（3）將載有三氧化鎢晶種的導電玻璃放入鎢的化合物的溶液中在高溫條件下進行水熱化學反應，反應后涼干，材料經(jīng)高溫燒結(jié)后得到導電玻璃基三氧化鎢納米薄膜。然而在現(xiàn)有水熱化學制備方法中，由于基底采用導電玻璃，導電玻璃與三氧化鎢之間為不同元素物質(zhì)之間的結(jié)合，屬于非自然結(jié)合，相互間結(jié)合力差，特別是當受到機械外力作用時，或者當環(huán)境溫度發(fā)生變化時，因材料膨脹系數(shù)不同，會導致內(nèi)應力發(fā)生變化，從而使得三氧化鎢與導電玻璃基體間發(fā)生開裂或斷裂，甚至造成三氧化鎢薄膜與導電玻璃基底的剝離。這種不同元素間非自然結(jié)合的薄膜，電荷傳輸慢、易發(fā)生電荷復合，會嚴重影響材料的光電催化性能、電化學性能以及傳感性能等，并影響其應用。因此，亟待尋找一種電荷傳輸快，不易發(fā)生電荷復合的三氧化鎢納米薄膜。技術實現(xiàn)要素：本發(fā)明所要解決的技術問題：針對導電玻璃與三氧化鎢之間為不同元素物質(zhì)之間的結(jié)合，屬于非自然結(jié)合，相互結(jié)合力差，加熱易導致三氧化鎢與基體間發(fā)生開裂或斷裂，且這種不同元素間非自然結(jié)合的薄膜，造成薄膜的電荷傳輸慢，易發(fā)生電荷復合，影響了材料的光電催化性能、電化學性能和傳輸性能的缺陷，提供了一種鉬摻雜三氧化鎢納米薄膜材料的制備方法。為解決技術問題，本發(fā)明采用如下所述的技術方案是：（1）反應前驅(qū)體溶液配制：取白鎢酸、氧化鉬加入雙氧水中，加熱至95～100℃，攪拌反應30～40min，冷卻至室溫后加入乙二醇溶液，繼續(xù)攪拌1～2h得到反應前驅(qū)體溶液；（2）納米三氧化鎢涂膜液配制：將反應前驅(qū)體溶液與去離子水混合后裝入水熱反應釜中，在150～180℃下反應3～5h，離心分離洗滌后超聲分散在去離子水中，得納米三氧化鎢涂膜液；（3）鎢片預處理：將鎢片上表面用砂紙磨平，再用無水乙醇洗滌后用白剛玉對上表面進行粗化處理，再將鎢片干燥后，得表面預處理基片：（4）制膜：將表面預處理基片置于加熱臺上加熱至160～200℃，再將納米三氧化鎢涂膜液裝入噴槍中，均勻噴涂在預處理基片上表面，加熱生長3～5h，冷卻后清洗干燥，得鉬摻雜三氧化鎢納米薄膜材料。步驟（1）所述白鎢酸、氧化鉬、雙氧水、乙二醇溶液的重量份為5～6份白鎢酸、1.5～1.8份氧化鉬、80～100份質(zhì)量分數(shù)為30%雙氧水、100～120份質(zhì)量分數(shù)為50%乙二醇溶液。步驟（3）所述粗化處理程度為用白剛玉打磨至表面粗糙度ra為6～8μm。步驟（4）所述噴涂量為0.25～0.30ml/cm2。本發(fā)明的有益技術效果是：本發(fā)明通過鉬摻雜降低三氧化鎢納米粒徑，提高其涂膜穩(wěn)定性，再用同元素基片作為基底，相互之間具有自然結(jié)合屬性，基底與氧化鎢之間結(jié)合牢固，結(jié)合原位熱氧化噴涂技術，在保持薄膜納米顆粒結(jié)構(gòu)的前提下消除了顆粒中大量存在的氧空位缺陷，加熱過程中不會導致三氧化鎢與基體間發(fā)生開裂或斷裂，降低了電子與空穴復合的幾率，使得電子與空穴復合幾率降低，減少了電子在薄膜中傳輸?shù)淖杩梗瑥亩岣吡瞬牧系墓怆姶呋阅?、電化學性能和傳輸性能，制備方法簡單可行，可滿足工業(yè)化生產(chǎn)。具體實施方式稱取5～6g白鎢酸，1.5～1.8g氧化鉬，加入80～100ml質(zhì)量分數(shù)為30%雙氧水中，加熱至95～100℃，并以300～400r/min攪拌反應30～40min，冷卻至室溫后加入100～120ml質(zhì)量分數(shù)為50%乙二醇溶液，繼續(xù)攪拌1～2h，得反應前驅(qū)體溶液；量取150～200ml反應前驅(qū)體溶液，加入150～200ml去離子水中，以300～400r/min攪拌混合10～15min后裝入水熱反應釜中，在150～180℃下反應3～5h，冷卻至室溫后轉(zhuǎn)入離心機中，以6000～8000r/min離心分離15～20min，得沉淀，用去離子水洗滌沉淀3～5次，再將沉淀加入10～12l去離子水中，以300w超聲波超聲分散1～2h，得納米三氧化鎢涂膜液；取一塊5cm×10cm鎢片，并將其上表面用砂紙磨平，再用無水乙醇洗滌上表面3～5次，隨后用白剛玉對上表面進行粗化處理至表面粗糙度ra為6～8μm，再將鎢片置于干燥箱中，在55～60℃下干燥3～5h，得表面預處理基片；將表面預處理基片置于加熱臺上加熱至160～200℃，再量取12.5～15.0ml制備的納米三氧化鎢涂膜液裝入噴槍中，均勻噴涂在預處理基片上表面，控制噴涂量為0.25～0.30ml/cm2，加熱生長3～5h，冷卻至室溫后，用去離子水洗滌鎢片上表面2～3次，隨后轉(zhuǎn)入烘箱中，在300～400℃下烘烤3～4h，冷卻至室溫后得鉬摻雜三氧化鎢納米薄膜材料。實例1稱取6g白鎢酸，1.8g氧化鉬，加入100ml質(zhì)量分數(shù)為30%雙氧水中，加熱至100℃，并以400r/min攪拌反應40min，冷卻至室溫后加入120ml質(zhì)量分數(shù)為50%乙二醇溶液，繼續(xù)攪拌2h，得反應前驅(qū)體溶液；量取200ml反應前驅(qū)體溶液，加入200ml去離子水中，以400r/min攪拌混合15min后裝入水熱反應釜中，在180℃下反應5h，冷卻至室溫后轉(zhuǎn)入離心機中，以8000r/min離心分離20min，得沉淀，用去離子水洗滌沉淀5次，再將沉淀加入12l去離子水中，以300w超聲波超聲分散2h，得納米三氧化鎢涂膜液；取一塊5cm×10cm鎢片，并將其上表面用砂紙磨平，再用無水乙醇洗滌上表面5次，隨后用白剛玉對上表面進行粗化處理至表面粗糙度ra為8μm，再將鎢片置于干燥箱中，在60℃下干燥5h，得表面預處理基片；將表面預處理基片置于加熱臺上加熱至200℃，再量取15.0ml制備的納米三氧化鎢涂膜液裝入噴槍中，均勻噴涂在預處理基片上表面，控制噴涂量為0.30ml/cm2，加熱生長5h，冷卻至室溫后，用去離子水洗滌鎢片上表面3次，隨后轉(zhuǎn)入烘箱中，在400℃下烘烤4h，冷卻至室溫后得鉬摻雜三氧化鎢納米薄膜材料。實例2稱取5g白鎢酸，1.5g氧化鉬，加入80ml質(zhì)量分數(shù)為30%雙氧水中，加熱至95℃，并以300r/min攪拌反應30min，冷卻至室溫后加入100ml質(zhì)量分數(shù)為50%乙二醇溶液，繼續(xù)攪拌1h，得反應前驅(qū)體溶液；量取150ml反應前驅(qū)體溶液，加入150ml去離子水中，以300r/min攪拌混合10min后裝入水熱反應釜中，在150～180℃下反應3h，冷卻至室溫后轉(zhuǎn)入離心機中，以6000r/min離心分離15min，得沉淀，用去離子水洗滌沉淀3次，再將沉淀加入10l去離子水中，以300w超聲波超聲分散1h，得納米三氧化鎢涂膜液；取一塊5cm×10cm鎢片，并將其上表面用砂紙磨平，再用無水乙醇洗滌上表面3次，隨后用白剛玉對上表面進行粗化處理至表面粗糙度ra為6μm，再將鎢片置于干燥箱中，在55℃下干燥3h，得表面預處理基片；將表面預處理基片置于加熱臺上加熱至160℃，再量取12.5制備的納米三氧化鎢涂膜液裝入噴槍中，均勻噴涂在預處理基片上表面，控制噴涂量為0.25ml/cm2，加熱生長3h，冷卻至室溫后，用去離子水洗滌鎢片上表面2次，隨后轉(zhuǎn)入烘箱中，在300℃下烘烤3h，冷卻至室溫后得鉬摻雜三氧化鎢納米薄膜材料。實例3稱取5～6g白鎢酸，1.5～1.8g氧化鉬，加入80～100ml質(zhì)量分數(shù)為30%雙氧水中，加熱至95～100℃，并以300～400r/min攪拌反應30～40min，冷卻至室溫后加入100～120ml質(zhì)量分數(shù)為50%乙二醇溶液，繼續(xù)攪拌1～2h，得反應前驅(qū)體溶液；量取150～200ml反應前驅(qū)體溶液，加入150～200ml去離子水中，以300～400r/min攪拌混合10～15min后裝入水熱反應釜中，在150～180℃下反應3～5h，冷卻至室溫后轉(zhuǎn)入離心機中，以6000～8000r/min離心分離15～20min，得沉淀，用去離子水洗滌沉淀3～5次，再將沉淀加入10～12l去離子水中，以300w超聲波超聲分散1～2h，得納米三氧化鎢涂膜液；取一塊5cm×10cm鎢片，并將其上表面用砂紙磨平，再用無水乙醇洗滌上表面3～5次，隨后用白剛玉對上表面進行粗化處理至表面粗糙度ra為6～8μm，再將鎢片置于干燥箱中，在55～60℃下干燥3～5h，得表面預處理基片；將表面預處理基片置于加熱臺上加熱至160～200℃，再量取12.5～15.0ml）制備的納米三氧化鎢涂膜液裝入噴槍中，均勻噴涂在預處理基片上表面，控制噴涂量為0.25～0.30ml/cm2，加熱生長3～5h，冷卻至室溫后，用去離子水洗滌鎢片上表面2～3次，隨后轉(zhuǎn)入烘箱中，在300～400℃下烘烤3～4h，冷卻至室溫后得鉬摻雜三氧化鎢納米薄膜材料。對照例：采用水熱法制備的三氧化鎢薄膜材料將實例1至實例3及對照例制備的三氧化鎢薄膜材料的光轉(zhuǎn)化效率、光電流-電壓曲線等進行檢測，檢測數(shù)據(jù)如表1。表1檢測項目對照例實例1實例2實例3在0.4v時的電流量（ma）0.70.91.01.1光轉(zhuǎn)化效率（在電壓為0.4v時）%0.50.80.750.78從表1可看出，本發(fā)明制備的三氧化鎢薄膜材料光電催化性能好，電化學性能優(yōu)越。當前第1頁12