[发明专利]P相二氧化钒纳米粉体的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种纳米粉体的制备方法，尤其是一种P相二氧化钒纳米粉体的制备方法。

背景技术

作为一种过渡金属元素，钒离子有多种价态，不同价态对应的钒氧化物的结构和性能各异。研究表明，在四价氧化物二氧化钒(VO₂)的多种同质异构体——VO₂(R)、VO₂(M)、VO₂(A)、VO₂(B)、VO₂(D)和VO₂(P)等中，M相VO₂(低温半导体相)在相变温度Tc＝68℃时能与R相(高温金属相)发生可逆相变，同时其电学、光学性能发生突变，这一特性使其在节能窗、传感器及存储器件等领域有着广泛的应用前景。目前，人们在制备M相VO₂的过程中，基于一步水热法合成稳定相VO₂(M)粉体存在着反应温度较高、晶粒尺寸大等诸多的不利其实际应用的因素，通常事先制备出亚稳相的二氧化钒粉体，如VO₂(A)、VO₂(B)、VO₂(D)和VO₂(P)粉体，然后通过对亚稳相的粉体进行退火处理来得到M相粉体，如中国发明专利申请CN 104071843 A于2014年10月1日公布的本申请人的一种单分散的M相二氧化钒纳米颗粒的制备方法。该发明专利申请中公开的制备方法包括水热法，其具体步骤为先向五氧化二钒、二水合草酸和水的混合液中加入表面活性剂，得到前驱体溶液，再将前驱体溶液置于200～260℃下密闭反应后，对得到的反应液依次进行固液分离和洗涤的处理，得到正交相P相二氧化钒粉体，之后，将正交相P相二氧化钒粉体置于氮气氛中退火，获得产物。这种制备方法中的水热法虽能获得正交相P相二氧化钒粉体，却也存在着不足之处，首先，原料中的草酸易对环境造成不利的影响；其次，对获得的正交相P相二氧化钒粉体的后续退火处理需要氮气保护，增加了生产的成本。

发明内容

本发明要解决的技术问题为克服现有技术中的不足之处，提供一种绿色环保、对其后续的退火处理不需氮气保护的P相二氧化钒纳米粉体的制备方法。

为解决本发明的技术问题，所采用的技术方案为：P相二氧化钒纳米粉体的制备方法采用水热法，特别是完成步骤如下：

步骤1，先按照偏钒酸铵、多库酯钠和水的重量比为0.03～0.06：0.01～0.03：5的比例，将偏钒酸铵和多库酯钠加入水中搅拌至少2h，得到混合溶液，再按照80～90wt％的甲酸溶液与混合溶液中的水的体积比为0.025～0.1∶1的比例，向搅拌下的混合溶液中滴加甲酸溶液，得到反应前驱体溶液；

步骤2，先将反应前驱体溶液置于180～250℃下密闭反应至少1d，得到反应液，再对反应液依次进行固液分离、洗涤和干燥的处理，制得粒径为50～90nm的颗粒状P相二氧化钒纳米粉体。

作为P相二氧化钒纳米粉体的制备方法的进一步改进：

优选地，水为去离子水，或蒸馏水。

优选地，固液分离处理为离心分离，其转速为7000～10000r/min、时间为3～10min。

优选地，洗涤处理为使用去离子水或蒸馏水和乙醇对分离得到的固态物进行7～9次的交替清洗，清洗时分离固态物为离心分离。

优选地，干燥处理为将清洗后的固态物置于50～80℃下5～10h。

优选地，洗涤处理时的去离子水或蒸馏水的温度为50～90℃时，对分离得到的固态物进行交替清洗的次数为2～4次。

相对于现有技术的有益效果是：

其一，对制得的目的产物分别使用扫描电镜、透射电镜和X射线衍射仪进行表征，由其结果可知，目的产物为大量的、分散性很好的颗粒状物。颗粒状物的粒径为50～90nm，成分为P相二氧化钒。这种由P相二氧化钒纳米粉体组成的目的产物，既由于其具备P相二氧化钒的特质，而易于通过低温热处理就可轻易地实现VO₂(P)向VO₂(M)的转变，且形貌变化不大；又因其粒径均在100nm以下，而利于光学性能的发挥，故而有利于实际应用。

其二，将目的产物低温退火后，对得到的纳米粉体——最终产物分别使用X射线衍射仪和差示扫描量热仪进行表征，其结果证实，最终产物为M相二氧化钒纳米粉体，其相变温度为55.9～70℃。