本發(fā)明涉及一種可逆光致變色氧化鎢納米材料及其制備方法，屬于可逆光致變色材料領域。

背景技術：

光致變色材料由于在光催化、信息存儲、智能窗等方面具有較好的應用前景，引起了科學家的廣泛關注。

氧化鎢WO₃是一種重要的無機光致變色材料,在大屏幕顯示和高密度信息存儲等領域中具有廣泛的應用前景。與有機光致變色材料相比，WO₃穩(wěn)定性好、成本低，但其光致變色效率較差。為了提高這類無機材料的變色效率，已經(jīng)提出了各種解決方案并已取得了許多有意義的結(jié)果。例如將光響應材料與WO₃復合可以有效地抑制光激發(fā)后電子的復合過程，從而提高參與變色過程的光生載流子的數(shù)量，改善WO₃的光致變色性能。利用金納米粒子對WO₃薄膜進行修飾可以使其變色效率提高近2倍，而利用TiO₂與WO₃溶膠復合則可使變色效率提高近40倍，但是變色效率仍然有待提高。

近年來有關氧化鎢超細粉體尤其是焦綠石型和鎢青銅相的介穩(wěn)態(tài)氧化鎢材料制備引起廣泛關注，中低溫水熱合成法是制備介穩(wěn)態(tài)氧化物納米材料的較好方法，但其合成條件受限范圍比較大，不利于工業(yè)合成。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術問題在于：提供一種可逆光致變色氧化鎢納米材料及其制備方法，它解決了目前光致變色材料的變色效率不夠高，以及光致變色材料合成條件受限范圍比較大，不利于工業(yè)合成的問題。

本發(fā)明所要解決的技術問題采取以下技術方案來實現(xiàn)：

一種可逆光致變色氧化鎢納米材料，它是在氧化鎢中摻雜鎵和鋅元素合成的摻雜氧化鎢納米材料，所述摻雜氧化鎢納米材料的分子式為Zn_xGa_yWO₃，其中0＜x≤0.1，0＜y≤0.1。

一種可逆光致變色氧化鎢納米材料的制備方法，包括以下步驟：

（1）原料準備：按照Zn_xGa_yWO₃，其中0＜x≤0.1，0＜y≤0.1的摩爾比例準確稱取相應重量的氧化鋅ZnO、三氯化鎵GaCl₃和基底材料鎢酸銨；

（2）前驅(qū)體溶液制備：將鎢酸銨、氧化鋅ZnO和三氯化鎵GaCl₃依次溶于去離子水中，然后一邊攪拌一邊加入硝酸HNO₃溶液，使得制備的前驅(qū)體溶液PH值在1～5之間；

（3）水熱反應：將前驅(qū)體溶液在室溫下攪拌0.5～2h后，加入反應釜，在200～300℃條件下，反應4～8h，自然冷卻至室溫，取下層沉淀進行過濾、洗滌、干燥、粉碎，得到粉碎后的樣品；

（4）粉體燒成：將粉碎后的樣品在燒結(jié)爐中400～600℃條件下，煅燒6～9h，即得目標產(chǎn)物，摻雜氧化鎢納米材料Zn_xGa_yWO₃。

作為優(yōu)選實例，所述步驟（2）中硝酸HNO₃溶液的濃度控制在0.8～4.0mol/L范圍內(nèi)。

作為優(yōu)選實例，所述步驟（3）中生成的下層沉淀進行多次洗滌，直到取洗滌后的上層清液滴加硝酸銀沒有沉淀生成為止。

本發(fā)明的有益效果是：通過摻雜鎵和鋅元素合成摻雜氧化鎢納米材料，它能夠高效地抑制光激發(fā)后電子的復合過程，從而大大提高參與變色過程的光生載流子的數(shù)量，進一步提高氧化鎢光致變色效率，與傳統(tǒng)WO₃相比，本發(fā)明合成的納米材料的變色效率可提高200倍以上，在太陽光照射下，本材料顏色由淡藍色變?yōu)樯钏{色，轉(zhuǎn)至暗處，粉體顏色又恢復到原來的顏色，具有廣泛的應用范圍，包括裝飾品和防護包裝材料、自顯影全息記錄照相技術、計算機記憶存貯元件、信息顯示屏、輻射計量計、變色眼鏡等方面；根據(jù)本發(fā)明制備方法制得的Zn_xGa_yWO₃粉體粒徑小、分布窄、不易團聚、穩(wěn)定性好、純度高、合成成本低、無污染，適合大批量生產(chǎn)。

附圖說明

圖1為實施例1所制備的可逆光致變色氧化鎢納米材料的可見光-紅外阻隔譜圖；

圖2為實施例2所制備的可逆光致變色氧化鎢納米材料的可見光-紅外阻隔譜圖。

具體實施方式

為了對本發(fā)明的技術手段、創(chuàng)作特征、達成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合實施例和圖示，進一步闡述本發(fā)明。

實施例1

一種可逆光致變色氧化鎢納米材料，它是在氧化鎢中摻雜鎵和鋅元素合成的摻雜氧化鎢納米材料，摻雜氧化鎢納米材料的分子式為Zn_xGa_yWO₃，其中x＝0.01，y＝0.01。

一種可逆光致變色氧化鎢納米材料的制備方法，包括以下步驟：

（1）原料準備：按照Zn_xGa_yWO₃，其中x＝0.01，y＝0.01的摩爾比例準確稱取相應重量的氧化鋅ZnO、三氯化鎵GaCl₃和基底材料鎢酸銨；

（2）前驅(qū)體溶液制備：將鎢酸銨、氧化鋅ZnO和三氯化鎵GaCl₃依次溶于去離子水中，然后一邊攪拌一邊加入硝酸HNO₃溶液，使得制備的前驅(qū)體溶液PH值為5；

（3）水熱反應：將前驅(qū)體溶液在室溫下攪拌1h后，加入反應釜，在250℃條件下，反應6h，自然冷卻至室溫，取下層沉淀進行過濾、洗滌、干燥、粉碎，得到粉碎后的樣品；

（4）粉體燒成：將粉碎后的樣品在燒結(jié)爐中400℃條件下，煅燒8h，即得目標產(chǎn)物，摻雜氧化鎢納米材料Zn_xGa_yWO₃。

步驟（2）中硝酸HNO₃溶液的濃度為0.8mol/L。

步驟（3）中生成的下層沉淀進行多次洗滌，直到取洗滌后的上層清液滴加硝酸銀沒有沉淀生成為止。

根據(jù)實施例1的分子式確定的摩爾比例，準確稱取相應重量的氧化鋅ZnO、三氯化鎵GaCl₃和基底材料鎢酸銨，通過實施例1的制備方法，最終得到的摻雜氧化鎢納米材料的阻隔率指標參見圖1。

實施例2

一種可逆光致變色氧化鎢納米材料，它是在氧化鎢中摻雜鎵和鋅元素合成的摻雜氧化鎢納米材料，摻雜氧化鎢納米材料的分子式為Zn_xGa_yWO₃，其中x＝0.01，y＝0.02。

一種可逆光致變色氧化鎢納米材料的制備方法，包括以下步驟：

（1）原料準備：按照Zn_xGa_yWO₃，其中x＝0.01，y＝0.02的摩爾比例準確稱取相應重量的氧化鋅ZnO、三氯化鎵GaCl₃和基底材料鎢酸銨；

（2）前驅(qū)體溶液制備：將鎢酸銨、氧化鋅ZnO和三氯化鎵GaCl₃依次溶于去離子水中，然后一邊攪拌一邊加入硝酸HNO₃溶液，使得制備的前驅(qū)體溶液PH值為4；

（3）水熱反應：將前驅(qū)體溶液在室溫下攪拌1.5h后，加入反應釜，在220℃條件下，反應8h，自然冷卻至室溫，取下層沉淀進行過濾、洗滌、干燥、粉碎，得到粉碎后的樣品；

（4）粉體燒成：將粉碎后的樣品在燒結(jié)爐中600℃條件下，煅燒6h，即得目標產(chǎn)物，摻雜氧化鎢納米材料Zn_xGa_yWO₃。

步驟（2）中硝酸HNO₃溶液的濃度為1.2mol/L。

步驟（3）中生成的下層沉淀進行多次洗滌，直到取洗滌后的上層清液滴加硝酸銀沒有沉淀生成為止。

根據(jù)實施例2的分子式確定的摩爾比例，準確稱取相應重量的氧化鋅ZnO、三氯化鎵GaCl₃和基底材料鎢酸銨，通過實施例2的制備方法，最終得到的摻雜氧化鎢納米材料的阻隔率指標參見圖2。

實施例3

一種可逆光致變色氧化鎢納米材料，它是在氧化鎢中摻雜鎵和鋅元素合成的摻雜氧化鎢納米材料，摻雜氧化鎢納米材料的分子式為Zn_xGa_yWO₃，其中x＝0.02，y＝0.01。

一種可逆光致變色氧化鎢納米材料的制備方法，包括以下步驟：

（1）原料準備：按照Zn_xGa_yWO₃，其中x＝0.02，y＝0.01的摩爾比例準確稱取相應重量的氧化鋅ZnO、三氯化鎵GaCl₃和基底材料鎢酸銨；

（2）前驅(qū)體溶液制備：將鎢酸銨、氧化鋅ZnO和三氯化鎵GaCl₃依次溶于去離子水中，然后一邊攪拌一邊加入硝酸HNO₃溶液，使得制備的前驅(qū)體溶液PH值為5；

（3）水熱反應：將前驅(qū)體溶液在室溫下攪拌0.5h后，加入反應釜，在300℃條件下，反應4h，自然冷卻至室溫，取下層沉淀進行過濾、洗滌、干燥、粉碎，得到粉碎后的樣品；

（4）粉體燒成：將粉碎后的樣品在燒結(jié)爐中400℃條件下，煅燒8h，即得目標產(chǎn)物，摻雜氧化鎢納米材料Zn_xGa_yWO₃。

步驟（2）中硝酸HNO₃溶液的濃度為1.4mol/L。

步驟（3）中生成的下層沉淀進行多次洗滌，直到取洗滌后的上層清液滴加硝酸銀沒有沉淀生成為止。

實施例4

一種可逆光致變色氧化鎢納米材料，它是在氧化鎢中摻雜鎵和鋅元素合成的摻雜氧化鎢納米材料，摻雜氧化鎢納米材料的分子式為Zn_xGa_yWO₃，其中x＝0.02，y＝0.04。

一種可逆光致變色氧化鎢納米材料的制備方法，包括以下步驟：

（1）原料準備：按照Zn_xGa_yWO₃，其中x＝0.02，y＝0.04的摩爾比例準確稱取相應重量的氧化鋅ZnO、三氯化鎵GaCl₃和基底材料鎢酸銨；

（2）前驅(qū)體溶液制備：將鎢酸銨、氧化鋅ZnO和三氯化鎵GaCl₃依次溶于去離子水中，然后一邊攪拌一邊加入硝酸HNO₃溶液，使得制備的前驅(qū)體溶液PH值為2；

（3）水熱反應：將前驅(qū)體溶液在室溫下攪拌1.5h后，加入反應釜，在260℃條件下，反應7h，自然冷卻至室溫，取下層沉淀進行過濾、洗滌、干燥、粉碎，得到粉碎后的樣品；

（4）粉體燒成：將粉碎后的樣品在燒結(jié)爐中500℃條件下，煅燒8h，即得目標產(chǎn)物，摻雜氧化鎢納米材料Zn_xGa_yWO₃。

步驟（2）中硝酸HNO₃溶液的濃度為2.0mol/L。

步驟（3）中生成的下層沉淀進行多次洗滌，直到取洗滌后的上層清液滴加硝酸銀沒有沉淀生成為止。

實施例5

一種可逆光致變色氧化鎢納米材料，它是在氧化鎢中摻雜鎵和鋅元素合成的摻雜氧化鎢納米材料，摻雜氧化鎢納米材料的分子式為Zn_xGa_yWO₃，其中x＝0.04，y＝0.01。

一種可逆光致變色氧化鎢納米材料的制備方法，包括以下步驟：

（1）原料準備：按照Zn_xGa_yWO₃，其中x＝0.04，y＝0.01的摩爾比例準確稱取相應重量的氧化鋅ZnO、三氯化鎵GaCl₃和基底材料鎢酸銨；

（2）前驅(qū)體溶液制備：將鎢酸銨、氧化鋅ZnO和三氯化鎵GaCl₃依次溶于去離子水中，然后一邊攪拌一邊加入硝酸HNO₃溶液，使得制備的前驅(qū)體溶液PH值為5；

（3）水熱反應：將前驅(qū)體溶液在室溫下攪拌1.5h后，加入反應釜，在300℃條件下，反應6h，自然冷卻至室溫，取下層沉淀進行過濾、洗滌、干燥、粉碎，得到粉碎后的樣品；

（4）粉體燒成：將粉碎后的樣品在燒結(jié)爐中450℃條件下，煅燒7h，即得目標產(chǎn)物，摻雜氧化鎢納米材料Zn_xGa_yWO₃。

步驟（2）中硝酸HNO₃溶液的濃度為4.0mol/L。

步驟（3）中生成的下層沉淀進行多次洗滌，直到取洗滌后的上層清液滴加硝酸銀沒有沉淀生成為止。

實施例6

一種可逆光致變色氧化鎢納米材料，它是在氧化鎢中摻雜鎵和鋅元素合成的摻雜氧化鎢納米材料，摻雜氧化鎢納米材料的分子式為Zn_xGa_yWO₃，其中x＝0.01，y＝0.06。

一種可逆光致變色氧化鎢納米材料的制備方法，包括以下步驟：

（1）原料準備：按照Zn_xGa_yWO₃，其中x＝0.01，y＝0.06的摩爾比例準確稱取相應重量的氧化鋅ZnO、三氯化鎵GaCl₃和基底材料鎢酸銨；

（2）前驅(qū)體溶液制備：將鎢酸銨、氧化鋅ZnO和三氯化鎵GaCl₃依次溶于去離子水中，然后一邊攪拌一邊加入硝酸HNO₃溶液，使得制備的前驅(qū)體溶液PH值為1；

（3）水熱反應：將前驅(qū)體溶液在室溫下攪拌2h后，加入反應釜，在240℃條件下，反應8h，自然冷卻至室溫，取下層沉淀進行過濾、洗滌、干燥、粉碎，得到粉碎后的樣品；

（4）粉體燒成：將粉碎后的樣品在燒結(jié)爐中600℃條件下，煅燒9h，即得目標產(chǎn)物，摻雜氧化鎢納米材料Zn_xGa_yWO₃。

步驟（2）中硝酸HNO₃溶液的濃度為3.0mol/L。

步驟（3）中生成的下層沉淀進行多次洗滌，直到取洗滌后的上層清液滴加硝酸銀沒有沉淀生成為止。

實施例7

一種可逆光致變色氧化鎢納米材料，它是在氧化鎢中摻雜鎵和鋅元素合成的摻雜氧化鎢納米材料，摻雜氧化鎢納米材料的分子式為Zn_xGa_yWO₃，其中x＝0.03，y＝0.08。

一種可逆光致變色氧化鎢納米材料的制備方法，包括以下步驟：

（1）原料準備：按照Zn_xGa_yWO₃，其中x＝0.03，y＝0.08的摩爾比例準確稱取相應重量的氧化鋅ZnO、三氯化鎵GaCl₃和基底材料鎢酸銨；

（2）前驅(qū)體溶液制備：將鎢酸銨、氧化鋅ZnO和三氯化鎵GaCl₃依次溶于去離子水中，然后一邊攪拌一邊加入硝酸HNO₃溶液，使得制備的前驅(qū)體溶液PH值為2；

（3）水熱反應：將前驅(qū)體溶液在室溫下攪拌1h后，加入反應釜，在280℃條件下，反應5h，自然冷卻至室溫，取下層沉淀進行過濾、洗滌、干燥、粉碎，得到粉碎后的樣品；

（4）粉體燒成：將粉碎后的樣品在燒結(jié)爐中600℃條件下，煅燒8h，即得目標產(chǎn)物，摻雜氧化鎢納米材料Zn_xGa_yWO₃。

步驟（2）中硝酸HNO₃溶液的濃度為3.5mol/L。

步驟（3）中生成的下層沉淀進行多次洗滌，直到取洗滌后的上層清液滴加硝酸銀沒有沉淀生成為止。

實施例8

一種可逆光致變色氧化鎢納米材料，它是在氧化鎢中摻雜鎵和鋅元素合成的摻雜氧化鎢納米材料，摻雜氧化鎢納米材料的分子式為Zn_xGa_yWO₃，其中x＝0.05，y＝0.1。

一種可逆光致變色氧化鎢納米材料的制備方法，包括以下步驟：

（1）原料準備：按照Zn_xGa_yWO₃，其中x＝0.05，y＝0.1的摩爾比例準確稱取相應重量的氧化鋅ZnO、三氯化鎵GaCl₃和基底材料鎢酸銨；

（2）前驅(qū)體溶液制備：將鎢酸銨、氧化鋅ZnO和三氯化鎵GaCl₃依次溶于去離子水中，然后一邊攪拌一邊加入硝酸HNO₃溶液，使得制備的前驅(qū)體溶液PH值為1；

（3）水熱反應：將前驅(qū)體溶液在室溫下攪拌0.5h后，加入反應釜，在200℃條件下，反應8h，自然冷卻至室溫，取下層沉淀進行過濾、洗滌、干燥、粉碎，得到粉碎后的樣品；

（4）粉體燒成：將粉碎后的樣品在燒結(jié)爐中400℃條件下，煅燒9h，即得目標產(chǎn)物，摻雜氧化鎢納米材料Zn_xGa_yWO₃。

步驟（2）中硝酸HNO₃溶液的濃度為4.0mol/L。

步驟（3）中生成的下層沉淀進行多次洗滌，直到取洗滌后的上層清液滴加硝酸銀沒有沉淀生成為止。

實施例9

一種可逆光致變色氧化鎢納米材料，它是在氧化鎢中摻雜鎵和鋅元素合成的摻雜氧化鎢納米材料，摻雜氧化鎢納米材料的分子式為Zn_xGa_yWO₃，其中x＝0.1，y＝0.08。

一種可逆光致變色氧化鎢納米材料的制備方法，包括以下步驟：

（1）原料準備：按照Zn_xGa_yWO₃，其中x＝0.1，y＝0.08的摩爾比例準確稱取相應重量的氧化鋅ZnO、三氯化鎵GaCl₃和基底材料鎢酸銨；

（2）前驅(qū)體溶液制備：將鎢酸銨、氧化鋅ZnO和三氯化鎵GaCl₃依次溶于去離子水中，然后一邊攪拌一邊加入硝酸HNO₃溶液，使得制備的前驅(qū)體溶液PH值為5；

（3）水熱反應：將前驅(qū)體溶液在室溫下攪拌1h后，加入反應釜，在250℃條件下，反應5h，自然冷卻至室溫，取下層沉淀進行過濾、洗滌、干燥、粉碎，得到粉碎后的樣品；

（4）粉體燒成：將粉碎后的樣品在燒結(jié)爐中500℃條件下，煅燒8h，即得目標產(chǎn)物，摻雜氧化鎢納米材料Zn_xGa_yWO₃。

步驟（2）中硝酸HNO₃溶液的濃度為2.0mol/L。

步驟（3）中生成的下層沉淀進行多次洗滌，直到取洗滌后的上層清液滴加硝酸銀沒有沉淀生成為止。

實施例10

一種可逆光致變色氧化鎢納米材料，它是在氧化鎢中摻雜鎵和鋅元素合成的摻雜氧化鎢納米材料，摻雜氧化鎢納米材料的分子式為Zn_xGa_yWO₃，其中x＝0.07，y＝0.02。

一種可逆光致變色氧化鎢納米材料的制備方法，包括以下步驟：

（1）原料準備：按照Zn_xGa_yWO₃，其中x＝0.07，y＝0.02的摩爾比例準確稱取相應重量的氧化鋅ZnO、三氯化鎵GaCl₃和基底材料鎢酸銨；

（2）前驅(qū)體溶液制備：將鎢酸銨、氧化鋅ZnO和三氯化鎵GaCl₃依次溶于去離子水中，然后一邊攪拌一邊加入硝酸HNO₃溶液，使得制備的前驅(qū)體溶液PH值為1；

（3）水熱反應：將前驅(qū)體溶液在室溫下攪拌2h后，加入反應釜，在260℃條件下，反應7h，自然冷卻至室溫，取下層沉淀進行過濾、洗滌、干燥、粉碎，得到粉碎后的樣品；

（4）粉體燒成：將粉碎后的樣品在燒結(jié)爐中600℃條件下，煅燒6h，即得目標產(chǎn)物，摻雜氧化鎢納米材料Zn_xGa_yWO₃。

步驟（2）中硝酸HNO₃溶液的濃度為4.0mol/L。

步驟（3）中生成的下層沉淀進行多次洗滌，直到取洗滌后的上層清液滴加硝酸銀沒有沉淀生成為止。

實施例11

一種可逆光致變色氧化鎢納米材料，它是在氧化鎢中摻雜鎵和鋅元素合成的摻雜氧化鎢納米材料，摻雜氧化鎢納米材料的分子式為Zn_xGa_yWO₃，其中x＝0.09，y＝0.09。

一種可逆光致變色氧化鎢納米材料的制備方法，包括以下步驟：

（1）原料準備：按照Zn_xGa_yWO₃，其中x＝0.09，y＝0.09的摩爾比例準確稱取相應重量的氧化鋅ZnO、三氯化鎵GaCl₃和基底材料鎢酸銨；

（2）前驅(qū)體溶液制備：將鎢酸銨、氧化鋅ZnO和三氯化鎵GaCl₃依次溶于去離子水中，然后一邊攪拌一邊加入硝酸HNO₃溶液，使得制備的前驅(qū)體溶液PH值為1.5；

（3）水熱反應：將前驅(qū)體溶液在室溫下攪拌2h后，加入反應釜，在270℃條件下，反應8h，自然冷卻至室溫，取下層沉淀進行過濾、洗滌、干燥、粉碎，得到粉碎后的樣品；

（4）粉體燒成：將粉碎后的樣品在燒結(jié)爐中550℃條件下，煅燒8h，即得目標產(chǎn)物，摻雜氧化鎢納米材料Zn_xGa_yWO₃。

步驟（2）中硝酸HNO₃溶液的濃度為1.0mol/L。

步驟（3）中生成的下層沉淀進行多次洗滌，直到取洗滌后的上層清液滴加硝酸銀沒有沉淀生成為止。

以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點。本行業(yè)的技術人員應該了解，本發(fā)明不受上述實施例的限制，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護范圍由所附的權利要求書及其等效物界定。