[发明专利]钒酸钙微米球材料及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于无机纳米材料及其制备方法领域，具体涉及一种具有三维分级结构的钒酸钙微米球材料及其制备方法和应用。

背景技术

钒酸钙是一种化学稳定性优良、耐热性及结晶性能良好的无机化合物，具有良好的光学、电化学及催化特性，在光学器件、锂离子电池、电化学传感器及催化领域具有很好的应用前景，引起了人们的广泛研究兴趣。根据材料中Ca、V、O比例不同，可以得到多种具有不同的组成、结构的钒酸钙材料。目前，关于钒酸钙材料方面的研究，其组成主要包括CaV₂O₆、Ca₂V₂O₇、Ca₁₀V₆O₂₅等。其中，关于Ca₂V₂O₇纳米微米材料的研究报道较少，只要少量关于Ca₂V₂O₇的高温固相法及水热合成及其发光性质的研究，并且采用高温固相法及水热法合成出的Ca₂V₂O₇均为不规则形状的微米块体结构。

近年来，随着纳米技术的快速发展，由低维度纳米尺寸单元构建组成的三维分级结构纳/微米材料由于具有纳米结构单一组合产生的耦合效益、协同效益等，展现出更加优异的物理和化学特性，逐渐引起了研究人员的广泛关注，使其成为目前国际上一个重要的前沿研究领域，然而，现有技术尚未报道具有三维分级结构的Ca₂V₂O₇微米球。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种钒酸钙微米球材料及其制备方法和应用，该微米球由纳米颗粒组装而成，其采用一步水热法、无需使用任何表面活性剂，工艺简单、操作方便，在吸光材料、电化学等方面具有应用前景。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种钒酸钙微米球材料，其化学组成为Ca₂V₂O₇，所述钒酸钙微米球直径为0.5~2μm，由纳米颗粒组装而成、具有三维分级结构。由低维度纳米尺寸单元构建组成的三维分级结构微米材料，具有纳米结构单一组合产生的耦合效益、协同效益，预期具有优异的物理和化学特性。

所述纳米颗粒的直径为50~100nm。

上述钒酸钙微米球材料的制备方法，包括以下步骤：

①将可溶性钙盐和正钒酸钠按Ca:V摩尔比为1:1~3配制成混合溶液；

②以酸溶液调节混合溶液pH为9~10，搅拌均匀后于140~200℃反应2~48h，得粗产品的溶液；

③将步骤②中所得粗产品的溶液冷却至室温，并将所得沉淀洗涤、干燥，得钒酸钙微米球材料。

所述可溶性钙盐为氯化钙、硝酸钙或氧化钙；可溶性钙盐的浓度为0.01~1mol/L。首先将可溶性钙盐和正钒酸钠分别制备成可溶性溶液，然后将正钒酸钠溶液滴加至可溶性钙盐溶液中。

步骤②中所述酸为硝酸、盐酸或硫酸。pH值的调节很关键，当pH控制在5.2~6.2时，其合成产物的化学组成为CaV₆O₁₆·3H₂O，形貌为纳米线组装成的膜材料。当pH值高于10时，生成的产物不再具有三维分级结构。

本发明通过一步水热法制备钒酸钙微米球，在水热反应过程中钙、钒、氧在分子水平上混合，得到由钒酸钙纳米颗粒组成的具有分级结构的微米球结构。

利用紫外可见光谱仪研究了其紫外-可见光吸收性能，结果表明上述钒酸钙微米球材料具有较强的紫外-可见光吸收性能，在紫外-可见光区吸光材料中具有应用前景。

采用上述技术方案产生的有益效果在于：（1）本发明首次制备了具有三维分级结构的、纯相Ca₂V₂O₇微米球材料，丰富了材料领域，并为光学、电学、磁学、半导体等领域提供了新的材料；（2）初步研究了微米球吸光特性，结果表明其具有较强的紫外-可见光吸收性能；（3）本发明采用一步水热法、湿法合成，反应条件温和，工艺简单、条件可控、适宜批量生产，为应用研究奠定良好技术基础。

附图说明

图1为依实施例1制得的钒酸钙微米球的XRD谱图；