單晶氧化鎢納米片形成機(jī)制

 通過(guò)結(jié)合插層化學(xué)與濕化學(xué)方法制備二維單晶氧化鎢(WO3)納米片。微米級(jí)WO3與Bi2O3在800℃通過(guò)固相反應(yīng)生成層狀化合物Bi2W2O9；所得到的Bi2W2O9經(jīng)鹽酸選擇性溶出[Bi2O2]層后得到質(zhì)子化形式的H2W2O7・xH2O相。以H2W2O7・xH2O為鎢源，以辛胺插層所得無(wú)機(jī)-有機(jī)混雜納米帶為前驅(qū)物，經(jīng)硝酸氧化除去前驅(qū)物中的有機(jī)組分后得到正交相WO3・H2O納米片;將所得到的WO3・H2O納米片在250～450℃和空氣氣氛中熱處理2～5h(升溫速率為2℃/min)，得到單斜相WO3單晶納米片。

WO3納米片的形成機(jī)制如圖，層狀Bi2W2O9微米粉末[圖(A)]經(jīng)HCl選擇性溶出[Bi2O2]層后得到質(zhì)子化層狀化合物H2W2O7・xH2O[圖(B)]，H2W2O7・xH2O與烷基胺在準(zhǔn)反膠束中首先進(jìn)行插層反應(yīng)；同時(shí)，因插層反應(yīng)釋放的層間H2O與胺分子水解反應(yīng)所形成的高堿性微區(qū)水溶液使插層產(chǎn)物中的W2O八面體雙層溶解，并再結(jié)晶形成具有高度有序的W2O八面體單層的混雜納米帶，如圖(C)和(D)所示.經(jīng)硝酸氧化除去混雜納米帶中的有機(jī)成分后即可得到含鎢無(wú)機(jī)納米帶。由于納米帶結(jié)構(gòu)薄而長(zhǎng)，在后續(xù)的超聲、洗滌與干燥等過(guò)程中易于碎裂,因而最后產(chǎn)物WO3・H2O為長(zhǎng)徑較小的納米片[圖(E)]。經(jīng)加熱處理脫除WO3・H2O層間結(jié)晶水，并經(jīng)再結(jié)晶的結(jié)構(gòu)調(diào)整,使正交相WO3・H2O納米片轉(zhuǎn)變?yōu)閱涡毕郬O3納米片[圖(F)]。在轉(zhuǎn)變過(guò)程中,納米晶的片狀形貌被完好地保存下來(lái)，從而成功地實(shí)現(xiàn)了非層狀結(jié)構(gòu)化合物WO3的二維納米片單晶的制備。