一种均匀空心球状VN纳米颗粒的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种均匀空心球状VN纳米固体材料的合成方法。具体为室温下，将含钒化合物溶于溶剂中，充分搅拌形成稳定的溶液。将混合溶液转移至具有聚四氟乙烯内衬的不锈钢高温高压反应釜中，进行水热反应，在180～220℃下加热18～72h，冷却至室温。所得产物用去离子水或无水乙醇清洗，离心过滤，于50～60℃下真空干燥。得到的产物在氩气中一定温度下加热一定时间，制备空心球状VO

【技术实现步骤摘要】
一种均匀空心球状VN纳米颗粒的制备方法
本专利技术涉及材料合成
，尤其涉及空心球状结构VN固体材料的制备方法。
技术介绍
氮化钒具有十分高的热化学稳定性、强的机械性能，广泛用于切削工具、磨具和结构材料；氮化钒也是一种良好的催化剂，具有高催化活性、高选择性、良好的稳定性和抗中毒性能。细粒度的氮化钒能有效提高催化活性，改善结构材料的韧性。因此制备纳米氮化钒粉体是近年来研究的热点课题之一。与粉体材料相比，VN的薄膜和纳米颗粒，可以更好的消除多次相变造成的应力，并且可通过掺杂降低相变温度使其更接近室温，因此具有更加诱人的应用前景。因此VN薄膜及纳米颗粒的制备方面就开始了相当多的研究，液相法制备VN纳米结构，相较于其他方法而言，易于掺杂，工艺简单，不需特殊设备的优点，因而有望进行大规模生产，其中水热法是目前液相化学制备VN纳米结构的主要方法。目前常用的制备方法有:化学气相沉积(CVD)、溶胶-凝胶合成法(sol-gelmethod)、溅射沉积及脉冲激光沉积(PLD)、离子注入等。专利号CN104532405A公开了一种氮化钒多孔空心纳米纤维及其制备方法，具体步骤为：(1)配制纺丝液；(2)采用静电纺丝技术制备PVP/C6H8O7/NH4VO3复合纳米纤维；(3)制备V2O5多孔空心纳米纤维,将所制备的PVP/C6H8O7/NH4VO3复合纳米纤维进行热处理得到；(4)制备VN多孔空心纳米纤维,将所制备的V2O5多孔空心纳米纤维置于高纯石墨坩埚中,用流动的NH3气进行氮化,得到VN多孔空心纳米纤维,具有良好的结晶性,属于立方晶系,直径为353.77±2.23nm,长度大于20μm。高兆辉、张浩等人公开了一种模板法制备VN纳米材料的方法，具体合成步骤是：以十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)作为模板剂制备多孔VN，称取一定量的CTBA溶于100ml无水乙醇中，搅拌使其完全溶解，加入一定量的去离子水，混合均匀后加入适量C2H2O4﹒2H2O2,称取一定量的NH3VO4缓慢加入到上述溶液中,其中n(NH3VO4):n(CTBA)＝5:1,持续搅拌,与一定温度下烘干,与空气气氛中在管式炉中300℃热处理1h,将所得VO2前驱体放入管式炉中于500℃与NH3反应12h，得到多孔VN。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种均匀空心球状结构VN纳米固体材料的制备方法。与其他方法相比，本专利技术具有反应过程简单，反应时间短，无需任何复杂的操作及特殊的设备等优点。本专利技术合成的VN纳米球大小较为均一、分散性好、比表面积较大，具有很好的应用前景。本专利技术采取的技术方案为：一种均匀空心球状VN纳米固体材料的制备方法，包括步骤如下：(1)室温下，将一定量含钒化合物(氧化乙酰丙酮合钒、VO2(P)、VOSO4·xH2O、NH4VO3其中一种)溶于一定量的溶剂(苯甲醇、四氢呋喃、去离子水、H3PO4、NaOH、HCl、HNO3中的一种或几种)中，充分搅拌一定时间，形成稳定的溶液。(2)将混合溶液转移至聚四氟乙烯内衬(35或50ml)的不锈钢高温高压反应釜中，进行水热反应，在180～220℃下加热18～72h，之后冷却至室温。(3)所得产物用去离子水和无水乙醇分别清洗次数范围3～5次，离心过滤，于50～60℃下真空干燥，得到新六方锰矿型VO2纳米固体材料。(4)干燥后的产物在氩气气氛中一定温度下加热一定时间，制备空心球状VO2纳米固体材料。然后通入氨气氮化VO2制备空心球状VN纳米固体材料。(5)将制备好的VO2样品置于氩气中在350℃下加热6h和48h得到空心球状VO2(R)和VO2(M)纳米固体材料。(6)将合成的VO2纳米固体材料在通入氨气的情况下于400℃～700℃下加热30min～4h得到VN纳米固体材料。上述实验过程得到的具有晶界丰富结构和球状空心结构VN纳米固体材料具有均一稳定的结构，实现了专利技术的目的。现有的合成纳米VN的常见方法为：高温真空制备及高温非真空制备方法，这些方法通常需要高温环境且反应周期长，制备出的产物纯度不高，易混有杂质且没有特殊形貌。本专利技术方法成功合成了具有均匀球状空心结构的VN纳米颗粒，与现有的制备VN纳米材料的方法相比优点为：合成方法简单，反应过程环保，所用反应物价廉易得，反应条件温和可控。本方法的有益效果为产物大小形貌均匀，比表面积较大，参加反应时活性高，可参与反应的活性位点较多。附图说明图1是制备的具有空心球状结构的新六方锰矿型VO2的SEM图片。图2是制备的具有空心球状结构的新六方锰矿型VO2的XRD图片。图3是制备的具有空心球状结构的VO2(R)的SEM图片。图4是制备的具有空心球状结构的VO2(R)的XRD图片。图5是制备的具有空心球状结构的VO2(M)的XRD图片。图6是制备的空心球状结构VN的SEM的图片。图7是制备的空心球状结构VN的TEM的图片。图8是制备的空心球状结构VN的XRD的图片。具体实施方式下面结合具体实施例进一步说明。实施例1室温下，将1mmol的氧化乙酰丙酮合钒溶解在38ml的苯甲醇中，置于磁力搅拌器上，充分搅拌形成棕色溶液，边搅拌边向溶液中加入4ml去离子水。搅拌5min后，将溶液转移一个50ml的具有聚四氟乙烯内衬的不锈钢高温高压反应釜中，置于马弗炉中在180℃下水热反应24h，然后冷却至室温，所得产物用无水乙醇清洗三遍，除去可能残余的杂质，离心过滤，在60℃下真空干燥，如图1、图2所示，得到新六方锰矿型VO2纳米固体材料。将干燥后的产物在氩气中于350℃下加热6h和48h。如图3～5所示，得到具有空心球状结构的VO2(R)和VO2(M)。将合成的VO2放入石英舟内，将石英舟放在有密封的焊接不锈钢阀门的石英管内，通入氨气，样品在管中加热到500℃，以4℃每分钟升温，在500℃下加热30min，关闭加热炉电源，冷却至室温，如图6～8所示，得到空心球状结构VN纳米固体材料。实施例2室温下，将100mL的烧杯置于磁力搅拌器上，将0.06g次铁矿钒VO2(P)加入到56ml去离子水与4ml四氢呋喃的混合溶液中，搅拌8min后，将溶液转移一个100ml的具有聚四氟乙烯内衬的不锈钢高温高压反应釜中，置于马弗炉中在220℃下加热72h，然后冷却至室温，所得产物用无水乙醇和去离子水清洗三遍，除去可能残余的杂质，离心过滤，在60℃下真空干燥，得到新六方锰矿型VO2纳米固体材料。将干燥后的产物在氩气中于350℃下加热6h和48h。得到具有空心球状结构的VO2(R)和VO2(M)。将合成的VO2放入石英舟内，将石英舟放在有密封的焊接不锈钢阀门的石英管内，通入氨气，样品在管中加热到600℃，以4℃每分钟升温，在600℃下加热50min，关闭加热炉电源，冷却至室温，得到具有空心球状结构的VN纳米固体材料。实施例3将0.1085gVOSO4·xH2O溶解于40ml去离子水中，向溶液中加入1ml的H3PO4(1mol/L)，然后加入0.135g的NaOH，置于磁力搅拌器上搅拌10min,将溶液转移一个50ml的具有聚四氟乙烯内衬的不锈钢高温高压反应釜中，置于马弗炉中在220℃下加热18h，然后冷却至室温，所得产物用无水乙醇和去离子水清洗三遍，除去可能残余的杂质，离心过滤，在60℃下真空干燥，得本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种均匀空心球状VN纳米颗粒的制备方法，其特征在于，所述方法包括：1)将含钒化合物溶于溶剂中，充分搅拌，得到稳定的混合溶液，进一步进行水热反应；2)得到的产物在氩气中加热，制备空心VO

【技术特征摘要】
1.一种均匀空心球状VN纳米颗粒的制备方法，其特征在于，所述方法包括：1)将含钒化合物溶于溶剂中，充分搅拌，得到稳定的混合溶液，进一步进行水热反应；2)得到的产物在氩气中加热，制备空心VO2纳米固体材料；3)然后通入氨气，升温至400℃-700℃，升至所需温度后加热30min～4h，氮化VO2制备得到空心球状VN纳米固体材料。2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述含钒化合物包括氧化乙酰丙酮合钒、VO2(P)、VOSO4·xH2O、NH4VO3中的一种或两种以上。3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述的溶剂包括苯甲醇、四氢呋喃、去离子水、H3PO4、NaOH、HCl、HNO3中的一种或两种以上。4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤1)中所述水热反应的方法为：将混合溶液转移至聚四氟乙烯为内衬的不锈钢高温高压反应釜中在180～220℃下加热18～72...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨明辉，刘红红，邹明明，焦雨桐，
申请(专利权)人：中国科学院大连化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：辽宁,21