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一种纤维状纳米氧化钒粉体的制备方法

基本信息

  • 申请号 CN201811377303.X 
  • 公开号 CN109231267A 
  • 申请日 2018/11/19 
  • 公开日 2019/01/18 
  • 申请人 五邑大学  
  • 优先权日期  
  • 发明人 尹荔松 蔣龙川 涂驰周 马思琪 蓝键  
  • 主分类号 C01G31/02 
  • 申请人地址 529000 广东省江门市东成村22号 
  • 分类号 C01G31/02;B82Y40/00 
  • 专利代理机构 北京权智天下知识产权代理事务所(普通合伙) 11638 
  • 当前专利状态 发明专利申请公布 
  • 代理人 王新爱 
  • 有效性 审查中-实审 
  • 法律状态 审查中-实审
  •  

摘要

本发明公开了一种纤维状纳米氧化钒粉体的制备方法,该纤维状纳米氧化钒粉体的制备方法是通过溶胶‑凝胶法的高温熔融‑水淬合成前驱体V展开

权利要求书


1.一种纤维状纳米氧化钒粉体的制备方法,其特征在于,通过溶胶-凝胶法的高温熔融-水淬合成前驱体V2O5溶胶,再通过水热法将前驱体V2O5溶胶还原制备成VO2粉体,包括如下步骤:(1)称取5g V2O5粉末置于刚玉坩埚中,在控温马弗炉中以5℃/min的速度升温至800℃,保温20min,使V2O5粉末熔融,然后将熔融态的V2O5迅速倒入400ml的去离子水中,快速搅拌,再将烧杯快速转移至水浴锅中,加热搅拌2h,使V2O5完全溶解,形成黄褐色的V2O5溶胶,过滤掉沉淀物,陈化,密封避光保存;(2)把还原剂加入至V2O5溶胶中并置于100mL聚四氟水热反应釜中混合,搅拌均匀,密封,于200℃温度下反应24h,自然冷却至室温,然后经过滤、反复洗涤后,于80℃烘干箱中干燥,即得到平均粒径为55~70nm的纤维状纳米氧化钒粉体。
2.根据权利要求1所述的一种纤维状纳米氧化钒粉体的制备方法,其特征在于,所述的步骤(2)中得到的纤维状纳米氧化钒粉体为B相VO2结构,还可以把B相VO2结构制备成M相VO2结构,包括以下制备步骤:(1)预先在管式电阻炉中接通高纯N2,再将制备的B相VO2粉体置于管式电阻炉中,以5℃/min升温,待温度升高至300℃时,加大高纯N2通入量,至800℃,保温2h,自然退火,即得到M相VO2结构的纤维状纳米氧化钒粉体。
3.根据权利要求2所述的一种纤维状纳米氧化钒粉体的制备方法,其特征在于,所述的步骤(2)中的还原剂为草酸,草酸与V2O5溶胶的浓度之比为2:1,水热溶液的PH值为3。
4.根据权利要求2所述的一种纤维状纳米氧化钒粉体的制备方法,其特征在于,所述的步骤(2)中的还原剂为无水乙醇,无水乙醇与V2O5溶胶的浓度之比为2:1,水热溶液的PH值为7。
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说明书

技术领域
本发明涉及氧化钒粉体的技术领域,尤其涉及一种纤维状纳米氧化钒粉体的制备方法。
背景技术
二氧化钒(VO2)作为金属氧化物功能材料,具备独特的相变特性,在341K左右会发生从高温金属相到低温半导体(绝缘体)相的可逆转变,其本身的一些物理化学性能也会随之发生突变,这种突变特性使二氧化钒具有潜在的广泛应用领域。
目前,已知的VO2粉末制备方法主要有以下几种:水热合成法、sol-gel法、化学沉淀法、热分解法和激光诱导气相沉积法等。
目前而言,由于生产成本及产品性能等原因,取得较好进展的研究方法主要是水热合成法和热分解法。
但是由于二氧化钒粉体的制备起步较晚,制备方法工艺比较少,而且工艺方法不健全;由于金属V的氧化物种类比较多,正四价V又并非其最稳定的价态,所以目前想要制备纯度比较高的VO2粉体比较困难。
主要存在着以下几点缺陷:1、生产工业不稳定,可重复性较低;2、制备成本比较高;3、VO2粉体纯度难以控制。
目前对VO2粉体的制备研究大部分都集中在探索不同制备方法的最佳制备条件上,对二氧化钒粉体的应用研究很少,因此应该加强对VO2粉体应用的研究。
发明内容
本发明的目的是为了克服上述现有技术的缺点,提供一种纤维状纳米氧化钒粉体的制备方法,该纤维状纳米氧化钒粉体的制备方法是以sol-gel法和水热法结合制备得到了纯度比较高的VO2粉体,制备得到的VO2粉体纯度高、粒度均匀、晶形好、分散性好、形状可控,有良好的烧结活性,在制备过程中污染小,能量消耗少。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:一种纤维状纳米氧化钒粉体的制备方法,通过溶胶-凝胶法的高温熔融-水淬合成前驱体V2O5溶胶,再通过水热法将前驱体V2O5溶胶还原制备成VO2粉体,包括如下步骤:(1)称取5g V2O5粉末置于刚玉坩埚中,在控温马弗炉中以5℃/min的速度升温至800℃,保温20min,使V2O5粉末熔融,然后将熔融态的V2O5迅速倒入400ml的去离子水中,快速搅拌,再将烧杯快速转移至水浴锅中,加热搅拌2h,使V2O5完全溶解,形成黄褐色的V2O5溶胶,过滤掉沉淀物,陈化,密封避光保存;(2)把还原剂加入至V2O5溶胶中并置于100mL聚四氟水热反应釜中混合,搅拌均匀,密封,于200℃温度下反应24h,自然冷却至室温,然后经过滤、反复洗涤后,于80℃烘干箱中干燥,即得到平均粒径为55~70nm的纤维状纳米氧化钒粉体。
进一步的,所述的步骤(2)中得到的纤维状纳米氧化钒粉体为B相VO2结构,还可以把B相VO2结构制备成M相VO2结构,包括以下制备步骤:(1)预先在管式电阻炉中接通高纯N2,再将制备的B相VO2粉体置于管式电阻炉中,以5℃/min升温,待温度升高至300℃时,加大高纯N2通入量,至800℃,保温2h,自然退火,即得到M相VO2结构的纤维状纳米氧化钒粉体。
进一步的,所述的步骤(2)中的还原剂为草酸,草酸与V2O5溶胶的浓度之比为2:1,水热溶液的PH值为3。
或者是,所述的步骤(2)中的还原剂为无水乙醇,无水乙醇与V2O5溶胶的浓度之比为2:1,水热溶液的PH值为7。
综上所述,本发明的纤维状纳米氧化钒粉体的制备方法是以sol-gel法和水热法结合制备得到了纯度比较高的VO2粉体,制备得到的VO2粉体纯度高、粒度均匀、晶形好、分散性好、形状可控,有良好的烧结活性,在制备过程中污染小,能量消耗少。
附图说明
图1是草酸作为还原剂制备得到的产物VO2的SEM图;图2是无水乙醇作为还原剂制备得到的产物VO2的SEM图;图3是无水乙醇作为还原剂、在水热温度为160℃时得到产物VO2的SEM图;图4是无水乙醇作为还原剂、在水热温度为180℃时得到产物VO2的SEM图;图5是无水乙醇作为还原剂、在水热温度为200℃时得到产物VO2的SEM图;图6是草酸作为还原剂、在水热温度为160℃时得到产物VO2的SEM图;图7是草酸作为还原剂、在水热温度为180℃时得到产物VO2的SEM图;图8是草酸作为还原剂、在水热温度为200℃时得到产物VO2的SEM图;图9是还原剂与V2O5溶胶浓度之比为1:1时到产物VO2的SEM图;图10是还原剂与V2O5溶胶浓度之比为1.5:1时到产物VO2的SEM图;图11是还原剂与V2O5溶胶浓度之比为2:1时到产物VO2的SEM图;图12是还原剂与V2O5溶胶浓度之比为2.5:1时到产物VO2的SEM图。
具体实施方式
实施例1本实施例1所描述的一种纤维状纳米氧化钒粉体的制备方法,通过溶胶-凝胶法的高温熔融-水淬合成前驱体V2O5溶胶,再通过水热法将前驱体V2O5溶胶还原制备成VO2粉体,包括如下步骤:(1)称取5g V2O5粉末置于刚玉坩埚中,在控温马弗炉中以5℃/min的速度升温至800℃,保温20min,使V2O5粉末熔融,然后将熔融态的V2O5迅速倒入400ml的去离子水中,快速搅拌,再将烧杯快速转移至水浴锅中,加热搅拌2h,使V2O5完全溶解,形成黄褐色的V2O5溶胶,过滤掉沉淀物,陈化,密封避光保存;(2)把还原剂加入至V2O5溶胶中并置于100mL聚四氟水热反应釜中混合,搅拌均匀,密封,于200℃温度下反应24h,自然冷却至室温,然后经过滤、反复洗涤后,于80℃烘干箱中干燥,即得到平均粒径为55~70nm的纤维状纳米氧化钒粉体。
在本实施例中,步骤(2)中得到的纤维状纳米氧化钒粉体为B相VO2结构,还可以把B相VO2结构制备成M相VO2结构,包括以下制备步骤:(1)预先在管式电阻炉中接通高纯N2,再将制备的B相VO2粉体置于管式电阻炉中,以5℃/min升温,待温度升高至300℃时,加大高纯N2通入量,至800℃,保温2h,自然退火,即得到M相VO2结构的纤维状纳米氧化钒粉体。
在本实施例中,步骤(2)中的还原剂为草酸,草酸与V2O5溶胶的浓度之比为2:1,水热溶液的PH值为3。
还原剂为草酸时,化学过程如下:V2O5+3H2C2O4→2VOC2O4·H2O+2CO2↑+H2O2VOC2O4·H2O→VO2+CO2↑+CO↑+H2O。
如图1所示,草酸作为还原剂制备得到的产物VO2为细小的片状。
另外,本实施例还可以采用无水乙醇作为还原剂,无水乙醇作为还原剂时,无水乙醇与V2O5溶胶的浓度之比为2:1,水热溶液的PH值为7。
还原剂为无水乙醇时,化学过程如下:V2O5+CH3CH2OH→VO2+CH3CHO+H2O。
如图2所示,无水乙醇作为还原剂制备得到的产物VO2为棒状。
在不同温度条件下进行的水热反应,制得的VO2粉体的形貌存在较大的差异。
当无水乙醇作为还原剂时,VO2粉体的形貌随着温度的升高由短小的不规则形貌转变为规则的棒状形貌,如图3、图4、图5所示,分别是水热温度在160℃、180℃、200℃时制得VO2粉体的SEM图,从图3、图4、图5判断可知,当水热温度控制在200℃时,制备的得到的VO2晶体形貌最佳。
当草酸作为还原剂时,VO2粉体的形貌随着温度的升高由不规则的粗大片状转变为规则的细小片状,如图6、图7、图8所示,分别是水热温度在160℃、180℃、200℃时制得VO2粉体的SEM图,从图6、图7、图8判断可知,当水热温度控制在200℃时,制备的得到的VO2晶体形貌最佳。
所以,水热反应温度对VO2粉体的形貌有很大的影响,当水热温度控制在200℃时,制备的得到的VO2晶体形貌也最佳,说明水热反应温度比较高时才能为VO2晶体的成型提供足够的能量。
在不同浓度的还原剂条件下进行的水热反应,制备得到的VO2粉体的形貌存在一定程度的不同。
如图9、图10、图11、图12所示,还原剂与溶胶的浓度之比分别为1:1、1.5:1、2:1、2.5:1,当还原剂浓度比较低时(即还原剂与溶胶的浓度之比分别为1:1、1.5:1时),VO2粉体的形貌呈现无规则的块状,随着浓度的升高VO2的形貌逐渐转变为规则的棒状形貌(即还原剂与溶胶的浓度之比为2:1时);而当还原剂浓度过高时,VO2规则的棒状形貌被破坏,又呈现无规则的块状(即还原剂与溶胶的浓度之比为2.5:1时),表明草酸浓度对VO2粉体的形貌有很大的影响。
水热反应溶液的pH值对是否能够制备出VO2粉体有至关重要的影响。
当草酸作为还原剂时,水热反应溶液的pH值须控制为3,否则将制备不到VO2粉体;当无水乙醇作为还原剂时,水热反应溶液的pH值须控制为7,否则也制备不到VO2粉体。
因此,选用不同的还原剂制备VO2粉体时,对溶液的pH值要求也不同,必须严格控制pH值,当溶液的pH值偏离一定数值时,产物均不是VO2
以上所述,仅是本发明的较佳实施例而已,并非对本发明的技术方案作任何形式上的限制。
凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰,均仍属于本发明的技术方案的范围内。
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