[发明专利]一种无定形氧化铝包覆二氧化钒纳米粉体及其制备方法

说明书

本发明涉及一种无定形氧化铝包覆二氧化钒纳米粉体及其制备方法，所述粉体包括金红石相二氧化钒内核和在所述内核表面包覆的无定形氧化铝层。无定形氧化铝包覆在金红石相二氧化钒内核表面，可以防止结晶氧化铝在结晶时由于晶粒取向不同而导致壳层开裂的情况，而且氧化铝层呈现包覆，因此可以提高金红石相二氧化钒内核的稳定性。

技术领域

本发明涉及一种由无定形氧化铝和具有热致变色性能的二氧化钒所形成的特殊复合纳米核壳结构及制备方法。该复合粉体具有良好变色性、优异的稳定性(抗水性能、抗高温性能以及抗高温高湿性能)，属于节能环保新材料范畴，可用于建筑、汽车等节能环保领域。

背景技术

随着全球的快速发展和能源的日益短缺，降低能耗、减少排放已经成为了各个国家之间的共识。当前中国建筑能耗占社会总能耗的27％左右。建筑能耗中,玻璃门窗的能耗占到全部建筑能耗的40％～50％。因此，实现建筑的节能，尤其是玻璃门窗的节能对于降低能耗、减少温室气体的排放、构建可持续发展社会具有重要的作用。同样，窗户节能还可用于汽车等户外用具降低制冷能耗。

目前市场上出售的节能玻璃主要有热反射玻璃和低辐射玻璃。热反射玻璃对于红外射线无法控制，导致白天具有隔热作用，到了晚上却没有让红外透过的作用。低辐射玻璃表面镀一层金属银，极大地降低了玻璃的辐射率。但是一般满足冬季情况的Low-E玻璃窗不一定能满足夏季要求，反之也是如此。故选用时还要综合考虑全年是否节能。以上两种玻璃属于“被动响应型”，难以适应气候的变化。而金红石相的二氧化钒热致变色材料可以根据环境温度实现自动调控，控制进入室内的空外线透过率，从而达到节能减排的目的。

二氧化钒纳米粉体的保存和应用领域仍存在一些难点，其对于环境要求较高，易发生变质，例如，受空气中的水、氧的影响，二氧化钒逐渐转变为五氧化二钒。面对纳米颗粒的这种不稳定性，则需要对其进行保护。这种稳定性要求主要为抗氧化性能，抗水性能，以及耐温耐湿性能。

在二氧化钒颗粒的表面包上一层致密且稳定的物质，能够起到隔绝氧气与水分的作用，避免了颗粒的变性。同时，包覆后粉体的退火可以提高二氧化钒的结晶度而避免了核的团聚，进而提高其光学性能。已有专利和论文进行了报道。论文(Scientific Reports,2013.3)利用氧化钛对氧化钒进行包覆。粒子在电镜下观察到了壳结构的裂纹，对核保护性受限。这可能是由于氧化钛结晶过程中尺寸和膨胀系数和核材料有差异，导致应力集中产生了裂纹。报道(New Journal of Chemistry,2016,40(3):2592-2600)利用氧化锌对纳米粒子进行包覆，例如对氧化钒进行保护性稳定。由于氧化锌与二氧化钒的晶格常数接近，形成了外延的结构。氧化锌在二氧化钒表面形成了刺猬状的结构，即从二氧化钒表面外延出许多棒状结构。这种结构能对纳米粒子实现一定的保护效果，但导致粒子整体尺寸增大，纳米粉体的变色性能受到了影响。

氧化铝作为一种稳定的氧化物，在隔热、防水方面有着许多的应用。因此，利用其对粉体包覆可以达到隔绝水汽、氧气对核结构的直接破坏，提高粉体的抗氧化性能，抗水性能，以及耐温耐湿性能。同时氧化铝材料包覆后，对于纳米粉体的光学性能影响小。其中，论文(ELECTROCHIM ACTA,2015,174,1185-1191)研究了氧化铝对于电极材料的包覆，发现其能够阻止电解液对于电极的侵蚀。然而，目前还没有关于将无定形的氧化铝包覆金红石相二氧化钒的报道。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种无定形氧化铝包覆二氧化钒纳米粉体及其制备方法。

一方面，本发明提供一种核壳结构复合纳米粉体，其包括金红石相二氧化钒内核和在所述内核表面包覆的无定形氧化铝层。

本发明中，无定形氧化铝包覆在金红石相二氧化钒内核表面，可以防止结晶氧化铝在结晶时由于晶粒取向不同而导致壳层开裂的情况，而且氧化铝层呈现包覆，因此可以提高金红石相二氧化钒内核的稳定性。本发明的复合纳米粉体同时具有热致变色性能和耐热性，耐水性和耐高温高湿性，可用于建筑、汽车等节能环保领域。