[发明专利]一种三氧化二钒粉体的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及无机功能材料领域，具体涉及一种三氧化二钒粉体的制备方法。

背景技术

三氧化二钒(V₂O₃)在常温下为一种黑色粉末，作为一种功能材料，随着温度的降低，在160K左右会发生由高温顺磁金属相向低温反铁磁绝缘相的转变，电阻率变化呈负温度系数电阻(NTC)特性，其单晶电阻率突变可达到7个数量级，是一种重要的相转变材料。因V₂O₃具有独特的物理和化学性质，在光电开关、温度传感器、全息存储材料、锂离子电池材料和非线性电阻材料等方面具有潜在的应用价值。近年来，V₂O₃材料的可控制备引起了广大学者的关注，然而钒氧体系组成复杂，物相繁多，并且钒的价态极易变化，因此制备符合化学计量比的纯相V₂O₃比较困难。

目前，V₂O₃的制备方法主要有物理方法和化学方法两种，物理方法主要包括物理气相沉积法、磁控溅射法和脉冲激光沉积法等，这些方法存在较多的缺点，比如工艺过程复杂，设备昂贵，制备得到的产物较少，能耗比大等，不适宜工业化生产与应用。化学方法主要包括溶胶凝胶法、热分解法、化学沉淀法和水热法等，在这些方法中，水热法由于操作简单，可控性好，制得的颗粒形貌尺寸均匀、结晶度高，可以适应大规模生产等诸多优势而备受关注。CN102674457A号中国专利文献公开了一种掺杂三氧化二钒粉粉体材料的制备方法，利用廉价的偏钒酸铵为初始原料，经过草酸处理转化为配合物，再经过还原剂水热处理得到VO₂，最后煅烧转化生成V₂O₃；曹益荣等(参见曹益荣，罗骁霄，林生炫。六角形纳米颗粒制备及其表征测试[J]。钢铁钒钛，2014，35(3)：23-27)以五氧化二钒、无水乙醇和浓硫酸为原料，采用水热法合成了NH₄V₃(OH)₆(SO₄)₂前驱体，然后在氩气气氛中退火得到六角形的V₂O₃纳米颗粒。以上方法虽然都能得到V₂O₃粉体，但是存在合成温度较高、工艺过程复杂、成本高等缺点，因此如何实现V₂O₃粉体的低成本、大规模生产就显得尤为重要。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种三氧化二钒粉体的制备方法，该方法采用一步水热合成，工艺过程简单、成本低廉、易于控制，可以实现三氧化二钒粉体的大规模生产。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种三氧化二钒粉体的制备方法，包括以下步骤：

(1)将钒源、巯基乙酸和去离子水进行混合，搅拌形成溶液，然后将所得溶液转移到水热釜中进行水热反应；

(2)将水热反应结束后所得的产物进行离心，离心后得到的产物依次用去离子水、无水乙醇交替洗涤，真空干燥，即得到所述三氧化二钒粉体。

上述制备方法中，优选的，所述步骤(1)中，钒源选自偏钒酸铵、五氧化二钒和偏钒酸钠中的至少一种。

上述制备方法中，优选的，所述步骤(1)中，钒源和巯基乙酸的摩尔比为0.5～3:1。

上述制备方法中，优选的，所述钒源和巯基乙酸的摩尔比为0.5～2:1。

上述制备方法中，优选的，所述步骤(1)中，水热釜的填充率为45％～85％；所述水热釜的填充率是指水热釜中加入的物质总体积占水热釜体积的百分数。

上述制备方法中，优选的，所述水热釜的填充率为60％～85％。

上述制备方法中，优选的，所述步骤(1)中，水热反应温度为165℃～285℃，反应时间为4h～48h。

上述制备方法中，优选的，所述水热反应温度为240℃～280℃，反应时间为16h～32h。

上述制备方法中，优选的，所述步骤(2)中，离心后得到的产物依次用去离子水、无水乙醇交替洗涤3次。

本发明采用巯基乙酸作为还原剂，由于其具有还原性的羧酸基和巯基两个还原基团，还原性较强，可以将高价态的V⁵⁺还原成低价态的V³⁺，其中巯基被氧化成二硫化物，羧酸基被氧化成二氧化碳，从而实现了一步水热法制备得到三氧化二钒粉体。