[发明专利]一种合成单斜相纳米二氧化钒粉体的方法

说明书

技术领域

本发明属于无机功能材料制备技术领域，尤其涉及到单斜相二氧化钒纳米粒子的简易制备方法。

背景技术

单斜相二氧化钒是在已知的相变材料中相转变温最接近室温的，其在68℃时发生结构相转变，从低温的单斜结构向高温的金红石结构转变，同时伴随着其电学、磁学，以及光学(尤其是红外光谱部分)性质的突变，对其进行掺杂，可以改变其相转变温度，同时也可以对其光学，电学和磁学性质进行调控。基于单斜相二氧化钒优异的光，电，磁性质突变，其在建筑物的智能窗材料，热敏电阻，可擦除光存储材料，强激光保护装置，光电开关，红外辐射探测器等方面有巨大的潜在应用。由于二氧化钒具有多种结晶相存在，而且可逆的结构相转变发生在单斜相和金红石相之间，因此寻找出简单有效的制备高纯度的单斜相二氧化钒是其推广应用的最重要环节。

中国专利(公开号CN101734720A)采用钒的金属醇盐制备二氧化钒纳米粉体，但是金属醇盐一般价格昂贵，而且非常不稳定，不利于推广使用。中国专利(CN101559981A)采用燃烧法制备二氧化钒，虽然反应条件温和，但是产量极低，而且采用了大量易燃，有毒的有机物，无法达到环境友好，也不符合我国目前大力推广建设的环境友好型社会的号召。中国专利(CN101164900A)采用了温和的制备方法，但是制备过程繁琐，过程复杂，达不到简易高效的目的。总之，目前制备单斜相纳米二氧化钒存在设备昂贵，控制参数复杂，原料利用率不高，产物纯度低，产生的废气废液难以处理等缺点，因此寻找一种简易高效的制备具有相转变特性的单斜相二氧化钒的方法，而且满足环境友好，低碳经济是非常有价值的，同时也是一个技术难点，本发明正是基于解决这个技术难点。

发明内容

本发明公布一种简易高效制备高纯度单斜相纳米二氧化钒的方法，解决以往制备单斜相纳米二氧化钒需要价格高昂的设备，控制复杂的参数，原料利用率低，纯度不高，产生的废气废液难以处理等缺点，克服了现有技术的不足。具体技术方案如下：(以制备0.01mol单斜相二氧化钒为例)

(1)配置五氧化二钒悬浮液，加热，磁力或机械搅拌10～15分钟。

(2)向步骤(1)中加入浓硫酸，磁力或机械搅拌10～15分钟。

(3)向步骤(2)中溶液中加入的水合肼，一直搅拌，直到形成澄清透明的深蓝色溶液。

(4)向步骤(3)深蓝色溶液中缓慢加入碱性溶液，产生灰白色的沉淀。

(5)抽滤步骤(4)中灰白色沉淀，通入保护性气体，在400～700℃保温60～120分钟，得到高纯度单斜相纳米二氧化钒。

上述方法中，五氧化二钒悬浮液的浓度为0.10～0.40mol/L，加入的浓硫酸为质量分数为98％的0.5～2.5ml，步骤(3)中加入质量分数为85％的水合肼，加入量为0.4～0.8ml，搅拌形成澄清透明溶液，步骤(4)中加入的碱性溶液，浓度为1～2mol/L氨水，氢氧化钠，氢氧化钾，碳酸氢氨溶液，直到不再产生沉淀，步骤(5)中加热的升温速率为5～10℃/min.，抽滤时，清洗液先采用0.5～2.0mol/L的氨水溶液或氢氧化钠溶液，碳酸氢铵溶液，氢氧化钾溶液清洗一次，后再用99.3％的无水乙醇清洗一次，加热时保护性气体为高纯氮气，高纯氩气，高纯氦气，或以上气体的任意混合，得到的单斜相纳米二氧化钒颗粒，其形貌近似为球形，尺寸大小为20-40纳米，单斜相到金红石相相转变温度为67.7℃.

本发明合成单斜相纳米二氧化钒，所采用的钒源为五氧化二钒，硫酸提供酸性环境，还原剂为少量的水合肼，氨水提供碱性环境使前驱物沉淀下来，所用到的化学试剂价廉，反应过程简单易控，无废气废液排出，重复性很好，原料利用率很高，实为绿色生产工艺，同时制备出的单斜相纳米二氧化钒相转变充分，电学，光学，磁学性质均很出色，具有很高的使用价值，而且通过掺杂钨或钼等高价离子，其相转变温度可以根据需要相应的调整，光学，电学，磁学等性质也可以通过掺杂来根据需要进行相应的调控，更可以提高其使用价值。

本发明的制备方法操作简单，成本极低，无污染，原料利用率高，容易控制，产物纯度极高，无需大型设备，而且非常适合大规模的工业化生产。

附图说明

图1为实施例1制备的单斜相二氧化钒纳米粒子的XRD图谱。

图2为实施例1制备的单斜相二氧化钒纳米粒子的透射电镜。

图3为实施例1制备的单斜相二氧化钒纳米粒子的DSC升温曲线。

具体实施方式

下面通过下述实施例来详细说明本发明，但并不限制本发明的内容：