[发明专利]一种锐钛矿氧化钛包覆二氧化钒复合纳微粉体及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于功能性纳米复合材料领域，具体涉及一种高分散二氧化钛包覆二氧化钒纳微颗粒及其制备方法，可用于需要智能调控太阳光透过率的产品，比如建筑和车船玻璃，顶棚墙面的涂料，智能调温纺织品等。

背景技术

二氧化钒作为一种固态相变材料，拥有在相变前后对自然光中热量的主要来源——红外线的透过/阻隔效果，不但可以满足控温需要，且由于相变前后氧化钒仅是晶格结构的改变没有液态物质出现，便不存在渗漏的危险，尤其适合户外有阳光照射地方的温度调节。

但是，使用二氧化钒纳米粉体作为节能涂料等应用尚存在一些重要的技术难题，主要是由于4价的钒化合物并不是通常的最稳定状态，容易在空气或潮湿环境中逐渐转化为高价态的五氧化二钒，呈现毒性并失去热致变色性能。如果可以在二氧化钒颗粒表面包上一层性能稳定的化合物，便可因它的保护作用避免了4价的钒向毒性五价钒化合物的转化。而能对二氧化钒颗粒进行包裹的稳定氧化物有较多选择。其中，利用锐钛矿相二氧化钛对二氧化钒进行包覆可以获得多重效果：①可以同时具有热致变色智能调光功能和光催化辅助环境净化功能；②可以保护内部的二氧化钒的稳定价态不致毒化；③包覆后外壳将与二氧化钒颗粒构成新的光学结构单元，类似设计多层膜获得反射防止效果一样，利用这种核壳结构的复杂的光学效应可获得出更大的光学效果；④由于TiO₂与各种基材均具有良好的亲和特性，包覆有利于改善VO₂与基材的亲和特性。

最近，中国专利（公开号CN103663546）公开了一种利用先水浴使非晶态二氧化钛前驱物（实际上是钛氧水合物）包裹住二氧化钒微粒再煅烧使二氧化钛结晶的制备包覆纳微粉体的方法，此法有效地解决了二氧化钒应用的部分技术难题。但是由于煅烧之前需要把包覆粉料烘干，固态二氧化钛包覆二氧化钒纳微粉体具有较大的比表面积，所以无法避免因团聚而形成巨大的二次粒子，这种被物理和化学力结合在一起的二次粒子用一般的分散方法（如超声波分散，研磨等）很难将其重新恢复到均匀分散的纳微粒子状态，为后续工序，如分散增加了难度。通过先包覆钛氧水合前驱物再高温加热结晶的方法，由于结晶包覆体和非晶前驱物地物理化学性质存在显著不同，结晶收缩等必然造成包覆体中出现裂纹，从而引起期望的防酸抗氧化特性消失。此外，由于VO₂高温稳定性较差，加热工序既要保证氧化钛结晶，又要避免VO₂被氧化失效，工艺条件（如气氛和温度等）的选择范围窄，重复性差。

本发明介绍了一种利用溶剂热，使二氧化钛壳层原位结晶的方法，省略了烘干再煅烧的步骤，操作简单，重复性高。且此法制得的二氧化钛包覆二氧化钒纳微粉体溶液分散均匀，不但满足后续诸多应用对均匀涂覆液的需要，还能更进一步还满足制膜的需要，是一种应用范围很广的方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种锐钛矿氧化钛包覆二氧化钒复合纳微粉体及其制备方法和应用。

本发明一种氧化钛包覆氧化钒纳微粉体，其特征是，所述氧化钛包覆氧化钒纳微粉体，其内层为氧化钒，且所述氧化钒为金红石晶型二氧化钒纳微粉体；以及外层为氧化钛，且所述氧化钛为锐钛矿晶型二氧化钛。

所述的纳微粉体，其特征在于，所述氧化钒为长短轴比为3的近似等方形状纳米结晶，且平均粒径为100nm；优选地，所述长短轴比为1~2；所述粒径为20~60纳米。

所述的纳微粉体，其特征在于，所述氧化钒为长短轴比≥3的棒状结晶，短轴最小直径≤500纳米，长轴长度在1微米以上；优选地，所述短轴直径为50~300纳米；所述长轴长度为1~15微米。

所述的纳微粉体，其特征在于，所述氧化钛的包覆厚度为300nm；优选地，所述氧化钛的包覆厚度为5~100nm。

所述的纳微粉体,其特征在于，所述氧化钛均匀包覆所述氧化钒，其中所述包覆厚度的最厚处和最薄处相差不大于3倍。

一种氧化钛包覆氧化钒复合纳微粉体的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

采用水热法制备所述氧化钒纳微粉体，所述氧化钒为金红石晶型二氧化钒纳微粉体；采用化学法将氧化钛包覆在所述氧化钒纳微粉体的表面；得到氧化钛初步包覆的氧化钒纳微粉体；采用溶剂热法将氧化钛包覆层结晶；获得所述的锐钛矿型氧化钛包覆氧化钒纳微粉体。

上面所述水热法制备所述氧化钒纳微粉体包括

如下步骤：

(a)配置氧化钒前驱体的钒化合物、双氧水和还原剂的分散液，根据需要在分散液中加入一定的含掺杂元素的前驱体，并根据需要用酸碱调节；