一种制备纳米针状紫钨粉末的方法.pdf

一种制备纳米针状紫钨粉末的方法，属于先进粉末冶金制备技术领域。本发明公开的纳米针状紫钨粉末其特征是，直径为20～200nm，长度为0.5～10μm，长径比为5～300。同时公开了所述纳米紫钨的制备方法，即采用溶液法一步合成紫钨，反应时间短，反应引发温度低。由于反应过程中产生大量气体，阻碍了与空气的充分接触，因此生成产物紫钨相较为单一，为粉末的后续利用提供了有利条件。该发明解决了传统回转炉煅烧制备紫钨粉末粒度粗大的问题，同时优于其他方法制备纳米紫钨的效率，具有高效率、低成本、原料粉末利用率高等优点。

权利要求书
1.  一种制备纳米针状紫钨粉末的方法，具有以下几个步骤：
(1)采用偏钨酸铵、硝酸铵和辅助剂为原料；
(2)将各种原料按照一定摩尔比例配成溶液，混合均匀；硝酸铵与偏钨酸铵的摩尔比为12～36；辅助剂与偏钨酸铵的摩尔比为5～15。
(3)将上述溶液加热，蒸发、浓缩形成胶状物质后发生分解反应，产生大量气体，再经氧化还原反应得到纳米针状紫钨粉末。

2.  根据权利要求1所述的纳米紫钨的制备方法，其特征在于步骤中(1)中所述的辅助剂为甘氨酸、尿素、硫脲、柠檬酸中的一种。

3.  根据权利要求1所述的纳米紫钨的制备方法，其特征在于：得到的产物为纳米针状粉末，直径为20～200nm，长度为0.5～10μm，长径比为5～300。

说明书一种制备纳米针状紫钨粉末的方法
技术领域
本发明属于粉末冶金技术领域，特别提供了一种纳米针状紫钨粉末的制备方法。
背景技术
金属氧化物半导体材料具有各种优异的性能，在人类的生活中起着十分重要的作用。近些年的研究中，如何降低半导体材料的生产成本和提高能源转换率成为了研究热点。氧化钨作为一种半导体材料(其禁带能为2.4～2.8eV)在光电化学方面有着极其广泛的应用。其中紫钨(W18O49)因具有独特的性能与结构而被研究者们特别关注。单斜紫钨具有最大程度的氧缺陷结构，与黄钨(WO3)，蓝钨(WO2.9)相比，紫钨有着特殊的表面结构、化学活性最高，适宜用于超细颗粒钨粉以及各类纳米级钨化合物的生产。另一方面，紫钨可以应用于生物医学方面作为治疗癌细胞药物的载体；可以屏蔽从近红外光开始的光波达到智能隔热的目的；同时也可以应用于对有机污染物的光催化降解从而净化环境。
目前，紫钨粉末的制备方法一般以仲钨酸铵为原料在回转炉中通入氨气煅烧而得。如彭泽辉(稀有金属与硬质合金,2003,31(2):8-11.)使用该方法制备出来的紫钨粉末粒度较大，杂质含量多，难以得到较高纯度的紫钨。中国发明专利CN103318964A公开了一种生产六方氧化钨(紫钨)的方法。该方法将偏钨酸铵与葡萄糖通过研磨法机械混匀，经过煅烧得到氧化钨粉末，工艺简单、效率高。但是该方法由于是机械性混合，会造成混合不均匀，反应产物相纯度不够；同时，煅烧温度较高，所得到的产物颗粒较大。周(J.Mater.Chem.A,2014,2,4347-4354)以水热合成法制备纳米紫钨，该方法将WCl6和乙醇混合，在反应釜中180℃反应24h，虽然能够得到纳米级紫钨，但是需要较长时间反应，且每次制得紫钨质量很小。因此，需要开发一种新的高效简单的纳米紫钨制备方法，为后续超细钨粉、碳化钨等超细粉末的制备提供原料。
发明内容
本发明的目的在于提供一种制备超细紫钨的新方法。
本发明直接采用钨酸盐偏钨酸铵为原料，具有短流程、低成本的特点，并且制备出的超细紫钨的纯度高、比表面积大、分散性好、性能好。
本发明的工艺步骤如下：
1、原料：所采用的原料有偏钨酸铵((NH4)6H2W12O40)、硝酸铵(NH4NO3)、辅助剂。
2、溶液配制：将所选择原料按照一定的比例配成溶液，混合均匀。
3、将上述溶液加热，蒸发、浓缩形成胶状物质后发生分解反应，产生大量气体，再经氧化还原反应得到纳米针状紫钨粉末。
其中步骤2中的硝酸铵与偏钨酸铵的摩尔比为12～36；辅助剂与偏钨酸铵的摩尔比为5～15。
本发明的优点是：
1、直接采用钨酸盐偏钨酸铵为原料，短流程、低成本，工艺简便、快捷，适合规模化生产；
2、可以通过控制原料的种类及配比，控制前驱体制备的反应过程，控制粉末的形貌与晶形；
3、利用液相剧烈的氧化还原反应放出的大量气体，在十几分钟内简便快捷地制备出蓬松多孔粉末；
4、反应过程中产生了大量气体，阻碍了反应物与氧气的充分接触，有利于紫钨的生成；
5、本方法制得的粉末比表面积大，表面活性大，性能优异。
附图说明
图1为纳米紫钨的扫描电镜观察照片(其中a为x500倍，b为x2,500倍，c为x5,000倍，d为x50,000倍)；
图2是纳米紫钨的XRD图谱。
具体实施方式
实施例1
按照反应计量比称取偏钨酸铵((NH4)6H2W12O40)0.01mol，硝酸铵(NH4NO3)0.24mol，硫脲(CN2H4S)0.05mol。将原料粉末溶于适量的去离子水中搅拌至 完全溶解后，恒温200℃加热，溶液蒸干后在几十秒钟内发生剧烈氧化还原反应，放出大量气体，生成紫钨。所得粉末为纳米针状，直径30～100nm，长度为0.5～5μm。
实施例2
按照反应计量比称取偏钨酸铵((NH4)6H2W12O40)0.01mol，硝酸铵(NH4NO3)0.36mol，硫脲(CN2H4S)0.05mol。将原料粉末溶于适量的去离子水中搅拌至完全溶解后，恒温200℃加热，溶液蒸干后在几十秒钟内发生剧烈氧化还原反应放出大量气体，生成紫钨。所得粉末为纳米针状，直径70～150nm，长度为0.5～3μm。
实施例3
按照反应计量比称取偏钨酸铵((NH4)6H2W12O40)0.01mol，硝酸铵(NH4NO3)0.36mol，尿素(CO(NH2)2)0.05mol。将原料粉末溶于适量的去离子水中搅拌至完全溶解后，恒温200℃加热，溶液蒸干后在几十秒钟内发生剧烈氧化还原反应，放出大量气体，生成紫钨。所得粉末为纳米针状，直径20～75nm，长度为0.5～5μm。
实施例4
按照反应计量比称取偏钨酸铵((NH4)6H2W12O40)0.01mol，硝酸铵(NH4NO3)0.36mol，尿素(CO(NH2)2)0.1mol。将原料粉末溶于适量的去离子水中搅拌至完全溶解后，恒温200℃加热，溶液蒸干后在几十秒钟内发生剧烈氧化还原反应，放出大量气体生成紫钨。所得粉末形状介于纳米针状与棒状，直径30～150nm，长度为0.5～10μm。
实施例5
按照反应计量比称取偏钨酸铵((NH4)6H2W12O40)0.01mol，硝酸铵(NH4NO3)0.36mol，尿素(CO(NH2)2)0.15mol。将原料粉末溶于适量的去离子水中搅拌至完全溶解后，恒温200℃加热，溶液蒸干后在几十秒钟内发生剧烈氧化还原反应，放出大量气体生成紫钨。所得粉末为纳米棒状，直径100～200nm，长度为0.5～5μm。