近红外吸收用钨青铜纳米片的固相控制合成新方法及其构效关系

Tungsten bronze (TB) nanomaterials have been regarded as one of most ideal near infrared (NIR) absorbents so far. In spite of tremendous efforts attached on their controlled synthesis and performance for NIR absorption, the issues such as high preparation cost, low yield, long period and environmental harmfulness have been restricting their large scale applications. Moreover, the effects of intersticial ions on the structure and NIR absorption properties of TBs, and underlying mechanism have been not too clear. Motivated by the potential exellent performances of two-dimensional materials, for the first time, we have succesfully fabricated 5 nm thick hydrated tunsteng trioxide nanosheets based on solid phase mechanochemical reaction between dihydrated sodium tungstate and layered dihydrated oxalate. The project is scheduled to fabricate tungsten bronze nanosheets via a topological conversion of hydrated tunsteng trioxide nanosheets mixed with metal hydroxides or carbonates under the reducing atmophere, and also investigate the influencing factors and underlying formaton mechanism of precursors and final products morphogy in order to develop a novel, highly-efficent, cost effective and environmentally-benign technological route to prepare TB nanosheets. On basis of preliminary work on synthesis, the effect of the thickness of TB nanosheets on their performance for NIR adsorption will be explored. TB nanosheets are designed and fabricated according to size, valence, concentration of the inersticial ions to reveal the influnce of these factors on their strcture and NIR absorption. Finally, the project is expected to provide singnificant data from fundamental research and offerr a novel synthetic strategy for fabricaiton of high performance NIR absorbents.

纳米钨青铜是迄今发现的最理想的红外吸收材料之一，尽管其控制合成和性能研究已有不少，但是合成成本高、产率低、周期长和不环保的问题一直制约其规模化应用，而且间隙离子对其结构和红外吸收性能的影响及其机理不甚明确。受二维纳米材料优异性能的启发，基于二水合钨酸钠与层状结构二水合草酸的机械固相化学反应我们已首次成功合成了5 nm厚的水合三氧化钨纳米片前驱体。本项目拟将其与金属氢氧化物/碳酸盐混合并在还原气氛下进行固相拓扑转化合成钨青铜纳米片，探索前驱体和最终产物形貌形成的影响因素及其机理，为钨青铜纳米片的合成提供一条新颖、高效、经济和绿色的技术路线。在合成研究的基础上，研究钨青铜纳米片的厚度对其近红外吸收性能的影响，根据间隙离子大小、价态、浓度和性质，设计并合成钨青铜纳米片，揭示这些因素与材料结构和近红外吸收性能之间的关系，为设计和构筑高性能近红外吸收材料提供基础研究数据和新的合成策略。

纳米钨青铜是迄今发现的最理想的红外吸收材料之一，尽管其控制合成和性能研究已有不少，但是合成成本高、产率低、周期长和不环保的问题一直制约其规模化应用，而且间隙离子对其结构和红外吸收性能的影响及其机理不甚明确。受二维纳米材料优异性能的启发，基于二水合钨酸钠与层状结构二水合草酸的机械固相化学反应我们已首次成功合成了5 nm厚的水合三氧化钨纳米片前驱体。本项目将三氧化钨纳米片与金属氢氧化物/碳酸盐混合并在还原气氛下进行固相拓扑转化合成钨青铜纳米片，探索前驱体和最终产物形貌形成的影响因素及其机理，为钨青铜纳米片的合成提供一条新颖、高效、经济和绿色的技术路线。.研究表明，以二水合钨酸钠与二水合草酸为原料，首次通过固相机械化学法成功大量制备出形貌均一的WO3·2H2O纳米片，并以WO3·2H2O纳米片为前驱体，通过其与碳酸铯的拓扑转化固相反应首次合成了铯钨青铜纳米片，这是一种新颖、高效绿色的合成方法。对合成的钨青铜纳米片进行研究，性能测试表明，在波长200 nm~2500 nm范围内，随着Cs+离子浓度x的增加，CsxWO3玻璃涂层的可见光透过率峰值最高可达78.3%，红外透过率最低可达2.3%，随着共掺Cs+离子浓度x的增加，CsxK0.32-xWO3玻璃涂层可见光透过率峰值逐渐增加，最高可达75.7%；红外透过率逐渐降低，最低可达2.8%，表明钨青铜纳米片具有优异的红外吸收性能和隔热性能。基于铯钨青铜纳米片在PDDA改性的棉纺织物的静电自组装，首次开发了包括UV/NIR屏蔽、隔热和全谱光催化自洁净的多功能棉纺织品。在其遮盖下，比未经处理的棉纺织品温度低5.9 ℃，该功能棉纺织品具有巨大的潜在应用市场。.本项目在合成研究的基础上研究钨青铜纳米片对其近红外吸收性能的影响，根据间隙离子大小、价态、浓度和性质，设计并合成钨青铜纳米片，揭示这些因素与材料结构和近红外吸收性能之间的关系，为设计和构筑高性能近红外吸收材料提供基础研究数据和新的合成策略。