[发明专利]金红石相二氧化钒纳米线的制备方法及应用

说明书

技术领域

本发明属于无机功能材料领域，涉及一种金红石相二氧化钒空心球的制备方法。

背景技术

金红石相(R相)二氧化钒是一种具有相变性质的金属氧化物。在68℃发生由低温单斜相(M相)到高温金红石相(R相)的可逆相转变。伴随着这种结构变化，其电导率、磁化率、光透过率等物理性质都发生剧烈变化，使其在智能温控薄膜、热敏电阻材料、红外探测材料方面具有很好的应用前景，金红石相二氧化钒不但可以因热感应而发生相变，而且激光同样能引起其光学透过率、电阻率的变化，因而也可以应用在光电开关(中国专利CN20030111202.5)、光信息存储以及激光武器防护装置中。由于二氧化钒的结晶相具有A相、B相、C相、R相及水合物等10余种，其中制备R相二氧化钒则成为一个技术难点，此外，用于热敏电阻，光电开关、红外探测器件中，对二氧化钒的形貌也有着特殊的要求，而二氧化钒纳米线是制备这些器件的关键材料，但二氧化钒纳米线的制备方法却鲜有报道。

Lawton等人在740℃采用喷雾热分解法分解硫酸氧钒溶液制得微米级二氧化钒粉体(Lawton；Stanley A.，Theby；Edward A.，Method for making vanadium dioxide powders，US5427763)，Huang Wei-Gang等人通过热分解草酸氧钒制备了二氧化钒粉体，一种二氧化钒粉末的制备方法(Patent No.CN1986125)。

目前所报道的R相二氧化钒多采用先生成B相二氧化钒粉体然后350-800热处理生成R相二氧化钒粉体，(彭子飞等人的相变温度可控钨掺杂纳米二氧化钒粉体的制备工艺，Patent No.CN101164900；黄驰等人的一种二氧化钒粉末的制备方法，Patent No.CN1986125)，以及一步反应生成B相二氧化钒，(邹建；林华的B相纳米二氧化钒的制备方法，Patent No.CN101041464；陈文等人的二氧化钒纳米棒及其制备方法Patent No.CN1522965)。所制备的金红石相粉体大多为粉末和棒状，尚未见到关于一步水热合成金红石相二氧化钒纳米线的相关报道。本发明所制备金红石相纳米线不仅可以应用于智能节能涂层，也可以应用于太阳能温控装置，微型光开关器件、热敏电阻、光信息存储等领域。

发明内容

本发明的目的是提供一种金红石相二氧化钒纳米线的制备方法，尤其是采用水热法一步合成金红石相二氧化钒纳米线，以克服现有技术的不足。

为了解决上述现有技术的缺陷，本发明提供的技术方案如下：

一种金红石相二氧化钒纳米线的制备方法，包括如下步骤：

(1)配制摩尔浓度为0.005-0.2mol/L的钒离子水溶液或混悬液。

所述步骤(1)中钒离子为四价钒离子；

所述四价钒离子的水溶液或混悬液为四价钒化合物与水混合或五价钒化合物与草酸在水中混合后获得。

所述的四价钒化合物包括硫酸氧钒(VOSO₄)、二氯氧钒(VOCl₂)、草酸氧钒(VOC₂O₄·5H₂O)。

所述的五价钒化合物包括偏钒酸钠、五氧化二钒。

当加入草酸时，所述加入的草酸水溶液中草酸的摩尔浓度为0.05-2mol/L。

(2)将步骤(1)所得的水溶液或混悬液加入水热釜中，升温后保温，经水热反应合成。

所述步骤(2)中的水热反应的填充比为60％-80％，水热反应时，水热釜升温至200-350℃，保温时间为0-96h。

将步骤(1)所得的水溶液或混悬液加入水热釜前还可以加入掺杂剂，超声分散；

所述的掺杂剂的加入量与钒离子的摩尔百分比为0％＜M_杂/M_v≤4％；

所述的掺杂剂可以是钨酸、钼酸、铌酸等不溶物中的一种，也可以是钨酸盐、钼酸盐、铌酸盐等可溶性盐中的一种，还可以是钨酸与可溶性钨酸盐的混合物，钼酸与可溶性钼酸盐的混合物或铌酸与可溶性铌酸盐的混合物中的一种；

所述的超声分散时间为5～15min。

(3)将步骤(2)中装有合成产物的水热釜拿出，先急速冷却，后自然冷至室温。

所述急速冷却的条件为在水浴冷却槽中，急速冷却的速度为一分钟内从保温温度降到50-80℃；

(4)将步骤(3)冷却后的产物经离心、洗涤、干燥，得到金红石相二氧化钒纳米线。