04.01 WO3微纤维的合成及其光学性能 刘越 学习翻译

GJ纺织172 刘越 201720304223

摘要

报道了一种以棉花为模板，通过渗透和煅烧过程合成一系列具有纳米粒子或微孔板三维结构的WO3微纤维的简便方法。对WO3微纤维的晶体结构、形貌和光学性质进行了系统的研究，发现WO3微纤维具有混合相和精细的微/纳米结构，可以通过煅烧温度和煅烧速率来控制。此外，我们还发现在500℃和1℃/分钟的煅烧速率下煅烧的WO3微纤维显示出约452纳米的强烈光致发光发射。

1、介绍

WO3引起了广泛关注，因为它对许多应用都很重要，包括气体传感器[ 1，2 ]，电致变色或光致变色器件[ 3，4 ]，光催化剂[ 5，6 ]，智能窗[ 7，8 ]和太阳能电池[ 9，10 ]。众所周知，材料的性能很大程度上取决于它们的形态特征，例如形状或尺寸。特别是，据报道微/纳米结构WO3显示出优异的光学性能。[ 11 ]胶体制备WO3纳米粒子，并报告在530 nm处有紫外可见吸收峰。Park等人[ 12 ]报道WO3纳米棒在437纳米有很强的光致发光发射。此外，周等人。[ 13 ]通过脉冲激光沉积在硅衬底上制备WO3薄膜，发现当衬底温度从200℃升高到600℃时，WO3薄膜的光学带隙从3.22电子伏降低到3.05电子伏。在我们以前的工作[ 14 ]中，我们研究了具有三维( 3D )结构的纳米结构WO3的发光特性，并揭示了在305纳米左右的强紫外发射。

鉴于形貌对WO3光学性质的重要性，探索经济和环境合成方法制备微/纳米结构WO3是必要和有意义的。然而，据我们所知，微/纳米结构WO3目前主要是使用化学气相沉积法( [ 15 )、脉冲激光照射法( [ 16 )、沉淀法( [ 17 )、溶胶-凝胶[ 18 )、水热法( [ 19 )和静电纺丝法( [ 20 )合成的。很少有人关注天然植物作为原料的应用。

材料，尽管使用天然植物的生物结构作为模板可以产生具有精细微/纳米结构的新型功能材料[ 2123 ]。此外，这种合成方法具有简单、可控、低成本和无毒的优点[ 2326 ]。例如，曾等人。[ 24，25 ]以棉花为模板成功合成了对甲苯敏感的碳掺杂WO3微管和对室温可见光活化的甲醛敏感的介孔WO3。此外，马等人。[ 26 ]以芦苇为模板制备了多通道结构WO3，并报道了甲醇电氧化性能的改善。本文报道了一种以棉花为模板合成WO3微纤维的简便方法，并研究了煅烧温度和煅烧速率对WO3微纤维微观结构、形貌和光学性能的影响。

2、实验

以棉花为模板，采用简单的工艺合成WO3样品。用蒸馏水和乙醇洗涤3.5 g棉花几次，然后在60℃下干燥。H40N10O41W12 xH2O在60℃水浴中磁力搅拌下溶解在172毫升H2O中，然后通过加入盐酸( 3 M )将其酸化至1.5的酸碱度。随后将干燥的棉花放入酸化溶液中。用聚乙烯薄膜密封上述溶液，并在80℃的水浴中浸泡24小时。然后将渗透的棉花在60℃的烘箱中干燥48小时。

图1、WO3样品在300℃(黑线)、400℃(红线)、500℃(绿线)、600℃(蓝线)、700℃(青色线)和800℃(品红色线)下煅烧2小时的XRD图案。煅烧速率设定为1℃/分钟。

图2、WO3样品在500℃下煅烧2小时的XRD图谱，煅烧速率不同: 1℃/分钟(绿线)、5℃/分钟(紫色线)和10℃/分钟(粉色线)。

随后在空气中以不同的煅烧速率( 1℃/分钟、5℃/分钟和10℃/分钟)以100℃的间隔在300℃至800℃的不同温度下煅烧2小时。使用D8/Advance (德国布鲁克公司)记录x光衍射图。使用在40千伏和40毫安下工作的铜Kα1辐射。用日立公司的S - 4800I拍摄扫描电镜图像。拉曼光谱用因维拉曼显微镜RENISHAW记录。用K-ALPHA 0.5EV进行x光电子能谱测量，用日立公司的F-7000在室温下进行光致发光光谱测量。

3、结果和讨论

3.1 .化学和形态学分析

图1和2显示了煅烧的WO3样品的XRD图案

在不同的温度和速率下。WO3样品的所有衍射峰可以被索引为WO3的晶体六方相或单斜相，尽管煅烧温度和速率不同，但没有明显的杂质峰。在不同温度下煅烧的WO3样品的扫描电镜显微照片如图3a1-4f1-4所示。在300℃的煅烧温度下，出现WO3纳米粒子，其由碳由于棉花的煅烧而形成的黑色微纤维(同轴微纤维的核)和不规则三维( 3D )结构(同轴微纤维的壳)组成。然而，当温度上升到400℃时，黑色微纤维由于碳的烧掉而消失，留下不规则的三维结构(图3b1-4 )。(图3b1-4 )。有趣的是，当温度超过400℃时，形态在两个方面发生显著变化。一方面，微纤维在500℃时保持不变(图3c1-4 )，但在更高的温度下变坏(图3d1-4和e1-4 )。它在800℃时几乎消失(图3f1-4 )。

4、结论

我们以棉花为模板，采用简便的方法成功制备了具有纳米粒子和/或微孔板三维结构的WO3微纤维，发现煅烧温度和速率对WO3微纤维的最终形成起着至关重要的作用。发现微纤维的光学性质与样品的形状和尺寸密切相关。结果，在500℃和1℃/分钟的煅烧速率下煅烧2小时的合成WO3微纤维显示出约452纳米的强烈蓝色发射。结果表明，控制煅烧温度和煅烧速率是调节WO3微纤维形貌的有效方法上升到优选的光学性能。

WO3样品在不同煅烧速率下在500℃煅烧2小时的O1s核心水平的XPS光谱: 1℃/分钟(绿线)、5℃/分钟(紫线)和10℃/分钟(粉红线)。

WO3样品在1℃/分钟的煅烧速率下在不同温度下煅烧2小时的光致发光光谱: 300℃(黑线)、400℃(红线)、500℃(绿线)、600℃(蓝线)、700℃(青色线)和800℃(品红色线)。右侧面板( b )是左侧面板( a )的放大图。激发波长为225纳米。

WO3样品在不同煅烧速率下在500℃煅烧2小时的光致发光光谱: 1℃/分钟(绿线)、5℃/分钟(紫线)和10℃/分钟(粉红线)。右侧面板( b )是左侧面板( a )的放大图。激发波长为225纳米。