钨酸锌的制备

背景及概述^[1][2]

近年来，科学家们发现了一系列具有光响应的钨酸盐光催化剂，如钨酸铋、钨酸锌、钨酸银等。钨酸盐等半导体材料，因其特有的结构和物理化学性质，日益受到人们的重视，研究十分活跃。

钨酸锌通常作为半导体型的催化剂用于卤化苯延生物和水污染物的降解。合成的钨酸锌纳米结构具有良好的分散性和同一性高比表面积、表面渗透性和高的比表面积，能够提供较多的分子吸附点。制备的钨酸锌纳米结构有潜在的光催化性能。钨酸盐半导体的价带由金属原子的最外层 s 和O的2p 轨道杂化而成，具有较高的氧化活性和电荷流动性。

区别于掺杂的二氧化钛，钨酸盐光催化剂在紫外-可见光区有较陡峭的能带吸收边， 表明它们的光吸收产生于其本身的带间跃迁，而非杂质能级的作用 ，有效地避免了杂质所形成的复合中心而降低催化效率。同时钨酸盐光催化剂含有WO6 大都具有独特的层状结构，使催化反应主要在层间空间进行， 起着“二维”光催化作用，并且它们的光催化活性也会因层间的分子或离子的不同而改变，是一类新型高效的非均相光催化剂。因此，钨酸盐半导体光催化剂的研究为发展光催化去除和降解有机污染物及分解水开辟了一条新的途径。

制备^[1]

这类钨酸盐光催化剂通常是用高温煅烧方法制备。煅烧不仅消耗了大量的能源，且制备出的样品的颗粒尺寸大，催化剂的比表面积大大降低， 光催化效率也不理想。而纳米材料具有独特的晶体结构及表面特性 ，有利于催化活性和选择性的提高。因此制备纳米钨酸盐光催化材料，将大幅提高降解有机污染物的效率。溶液化学合成技术是目前新兴的制备纳米无机材料的一种经济、有效的手段。

低温溶液相合成的方法具有条件可控、成本低廉、环境温和等众多优点， 且低温溶液相合成的方法对无机反应以及由此生成的无机光催化材料的尺寸、形貌、结构、结晶性呈现特殊的效果。因此发展简单普适的低温溶液相的方法合成钨酸盐光催化材料表现出比其他制备技术制备出的同种光催化材料更优越的光催化性能。溶液法可以突破其他方法的局限，制备出其他方法难以合成的有更良好的纳米钨酸盐光催化材料。

实验步骤

将 0.1452 g( 0.5 m mol)硝酸锌( Zn(NO₃)₂·6H₂O) 和1 g PVP 或者 PV P 和 SDBS 混合表面活性剂加入到40mL的去离子水中，搅拌，然后将0.165g( 0.5mmo l) 的钨酸钠( Na₂WO₄·2H₂O ) 加入到上述溶液中，将上述混合溶液持续搅拌 30 分钟以确保所有的反应试剂都均匀分散。混合液被加入到 50mL 聚四氟乙烯高压釜中，加入去离子水直至釜的总体积的80 %。密封高压釜，将其加热到 180℃并维持 180℃24 小时，然后自然降温到室温。收集白色的沉淀物 ，并用去离子水和无水乙醇各洗涤几次。然后，将样品在真空中 60℃下烘 6 小时。

图 1 展示出了合成的钨酸锌样品的典型的 XRD衍射图样 。从这张图可以发现 ， 衍射峰形强而且尖锐 ，表明产物的结晶度很高。经过认真的指标发现，所有的衍射峰都可以分别指标到单斜相Na₂WO₄ ( JCPDS Card NO.73 -0554) ， 没有杂峰，这表明用这种方法制备的产物非常纯净，在合成过程中没有其它副产物产生。根据这张衍射花样可从JCPDS Card读出的晶格参数分别为: a =4.720A °，b =5.700A °，以及 c = 4 . 950A°，这和文献报道的标准值是相吻合的。

样品的形貌是通过TEM 来观察的，图2(a) 为所得的样品钨酸锌的TEM 照片，从图中可以看出产品全部为片状结构，样品长度约为30 -50nm，宽度约为10 -20nm。

在室温情况下以降解罗丹明B( RB) 检验它们的光催化性 。在光催化试验中，100mg 的产品放入100 m L 浓度为 1.0×10 ^-5 M 的 RB溶液。将溶液放在暗室里搅拌 10分钟，使其达到吸附平衡。然后在室温下用 1000 W 氙灯的紫外光照射溶液(使用了400 nm 的滤波片，反应器被置于黑盒子里，黑盒子上面打开，滤波器放在上面使得透过的光为紫外光。每隔十分钟取一次样，将取出的样离心去除少量的沉淀， 作紫外吸收光谱检测 RB 的降解情况。

图9 是 100 m g 的纳米结构钨酸锌作为催化剂，RB 溶液的紫外吸收光谱的演变。由图可以看出随着紫外光照射时间延长，RB 溶液对应的紫外吸收光谱的吸收峰强逐渐减弱，50分钟后彻底消失。值得注意的是 RB 溶液的浓度可以由紫外吸收光谱中553 nm 附近的特征峰来确定。最后，紫外吸收光谱中靠近 553 nm 没有出现吸收带，表明 RB 彻底被降解 。

主要参考资料

[1]吴菊，杨梅，龚书生，方玮，余凯.纳米钨酸锌的制备及其光催化性质的研究[J].皖西学院学报，2011，27(02):85-89.