一种反应釜、一种二氧化钒纳米粉体及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种反应釜、一种二氧化钒纳米粉体及其制备方法。所述方法使用本发明专利技术实施例提供的反应釜完成，所述方法包括：步骤1、碱式氧化钒悬浊液的制备；步骤2、二氧化钒纳米粉体初品的制备；步骤3、二氧化钒纳米粉体的制备。基于反应釜的特殊结构和可挥发出氧化性气体的氧化剂的使用，使得水热反应在一个特定的氧化性气氛下进行，特定的氧化性气氛的存在，实现了对粉体的形貌和性能的有效控制，通过水热反应一步法制得了所需形貌和性能的二氧化钒粉体，该制备方法具有操作简便、成本低廉等特点。

A reaction kettle, a two vanadium oxide nanopowder and a preparation method thereof

The invention provides a reaction kettle, a two vanadium oxide nano powder and a preparation method thereof. The method is completed by using a reaction kettle provided by the embodiment of the invention, and the method comprises: step 1, preparation of basic vanadium oxide suspension; step 2, preparation of vanadium dioxide nano-powder primer; step 3, preparation of vanadium dioxide nano-powder. Based on the special structure of the reactor and the use of oxidizers which can volatilize oxidizing gases, the hydrothermal reaction is carried out in a specific oxidizing atmosphere. The existence of a specific oxidizing atmosphere can effectively control the morphology and properties of the powders. The required morphology and properties are obtained by one-step hydrothermal reaction. Two the preparation of vanadium oxide powder has the characteristics of simple operation and low cost.

【技术实现步骤摘要】
一种反应釜、一种二氧化钒纳米粉体及其制备方法
本专利技术属于无机功能材料领域，具体涉及一种反应釜、一种二氧化钒纳米粉体及其制备方法。
技术介绍
随着科技不断发展，人们对生活舒适度的要求也不断提高。夏季的高温使人们往往借助空调来获得清凉环境，大大增加了能源的消耗。有报道显示，在中国空调耗能占据建筑耗能的40～60％，而其中50％的耗能是通过建筑的窗口玻璃浪费。故采用有效的方法来控制窗口的热量交换具有重要意义。二氧化钒(VO2)是一种具有热致相变特性的材料。当温度超过其相变温度(68℃)时，其晶体结构由单斜相(M)转变为金红石相(R)结构。在相变的同时，伴随着光学和电学性质变化。低温相变前为半导体态，对近红外光具有高透的性质；高温相变后为金属态，对近红外波段的光线出现反射的性质。这种特性能可逆多次转变，这种可逆的热致变色特性引起世界范围内科研工作者的研究兴趣，并根据这种特性创造性地将其应用到智能控温节能玻璃领域。当夏天温度高于相变温度时，VO2薄膜可以有效地阻止具有红外热效应的近红外光入射到建筑内，大大地减缓室内的温升从而减少空调的能源消耗。而冬季温度较低时，VO2薄膜又对红外光高透，允许近红外光入射室内来提高温升。故制备优异性能的VO2薄膜对节能减排具有重要意义。目前VO2控温薄膜主要包含磁控溅射、化学气相沉积、蒸发镀膜等气相沉积方法，但这些方法存在制备工艺复杂、仪器成本较高、需使用特定基底等要求致使其无法批量生产。此外，针对中国现状，将全部玻璃全部换成具有节能功能的玻璃成本过大而难以实现，所以若能制备出柔性VO2薄膜以张贴的形式对现有建筑玻璃改造则具有巨大应用前景。制备柔性VO2薄膜的核心在于制备具有高质量的VO2纳米粉体。固相反应方法可以大批量制备粉体，但其产品往往颗粒较大，并且粒径不够均一而难以满足实际需求。液相水热的方法制备纳米粉体具有结晶好、尺寸可控等优点而被广泛使用。但水热制备出的VO2粉体往往为亚稳态的单斜结构VO2(B)，为了使其转变为具有相变特性的VO2(M)粉体，往往需要进行高温退火处理，而纳米级的粉体具有较高的表面能致使其在退火过程中往往会产生团聚。基于光学模拟结果，仅当VO2粉体的尺寸低于50nm时可以有效地减少光的散射。所以研究利用水热方法一步制备出相变功能的VO2(M)纳米粉体来免去后期热处理工艺具有重要意义。专利CN102120614A公开了一种制备二氧化钒粉体的方法，其包括采用碱性试剂处理掺杂的四价钒离子水溶液得到悬浊液的前驱体处理工序，最终获得VxM1-xO2的纳米粉体，其中M为Sn、Bi、Ti等金属，但未见实施案例包含纯VO2(M)粉体的直接制备过程。专利CN105217684A公开一种制备VO2粉体的方法，其包括采用碳包覆表面改性的方法制备了三维尺寸低于100nm的颗粒，但其尺寸过大限制了应用。专利CN10164900A公开了一种利用掺杂W的方法一步制备了金红石相的VO2(R)纳米棒状粉体，其长度尺寸也超过了50nm。因此，如何能一步水热制备极细的M相的VO2纳米粉体仍然是本领域亟待解决的难题。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术实施例提供了一种反应釜，包括外壳和内衬，所述内衬设置在所述外壳内；所述内衬包括第一内衬和第二内衬；所述第二内衬设置在所述第一内衬的腔室内，所述第二内衬的顶端开口且底端封口，其高度小于所述第一内衬的高度，且与所述第一内衬之间形成有容置空间。可选地，所述外壳为不锈钢外壳；所述第一内衬为石英内衬、玻璃内衬或聚四氟乙烯内衬；所述第二内衬为石英内衬、玻璃内衬或聚四氟乙烯内衬。本专利技术实施例还提供了一种二氧化钒纳米粉体的制备方法，使用上述的反应釜完成，所述方法包括：步骤1、碱式氧化钒悬浊液的制备；使用去离子水溶解含钒固体，得到含钒溶液，向含钒溶液中加入水合肼溶液进行反应，反应结束后添加碱性试剂，得到所述碱式氧化钒悬浊液；步骤2、二氧化钒纳米粉体初品的制备；离心所述碱式氧化钒悬浊液，得到碱式氧化钒固体，使用去离子水分散所述碱式氧化钒固体，得到前驱液，将所述前驱液转移至所述反应釜的第二内衬内，将所述第二内衬放置在所述第一内衬的腔室内，并向所述第二内衬与所述第一内衬形成的容置空间内添加可挥发出氧化性气体的氧化剂，将内置有所述第二内衬的密封的所述第一内衬放置于所述反应釜的外壳中进行水热反应，得到所述二氧化钒纳米粉体初品；步骤3、二氧化钒纳米粉体的制备；水热反应结束后，去除所述第二内衬内的上清液，对所述第二内衬内的下层沉淀进行清洗、离心以及干燥处理，得到所述二氧化钒纳米粉体。可选地，所述可挥发出氧化性气体的氧化剂为过氧化氢水溶液。可选地，所述使用去离子水溶解含钒固体，得到含钒溶液，向含钒溶液中加入水合肼溶液进行反应，反应结束后添加碱性试剂，得到碱式氧化钒悬浊液包括：使用去离子水溶解含钒固体，得到浓度为0.005～0.5mol/L的含钒溶液；升温所述含钒溶液至35～85℃，向升温后的所述含钒溶液中加入水合肼溶液进行反应，所述水合肼溶液中水合肼与所述含钒溶液中钒离子的摩尔比为0.01:1～10:1；反应结束后添加碱性试剂进行滴定沉淀和pH调节，得到pH为5～12的碱式氧化钒悬浊液。可选地，在所述步骤2中，所述过氧化氢水溶液中过氧化氢与前驱液中钒离子的摩尔比为0.001:1～5:1；所述水热反应的反应温度为200～260℃，反应时间为24h～72h。可选地，所述离心所述碱式氧化钒悬浊液之后，所述方法还包括：使用去离子水对离心后的碱式氧化钒固体进行洗涤和再次离心处理，得到所述碱式氧化钒固体。可选地，所述含钒固体包括硫酸氧钒、二氯氧钒和五氧化二钒中的至少一种；所述碱性试剂包括氢氧化钠溶液、氨水和氢氧化钾溶液中的至少一种。本专利技术实施例还提供了一种二氧化钒纳米粉体，所述二氧化钒纳米粉体是根据上述的方法制备得到的。可选地，当所述可挥发出氧化性气体的氧化剂为过氧化氢水溶液，所述含钒溶液浓度为0.005～0.5mol/L，所述水合肼与所述含钒溶液中钒离子的摩尔比为0.01:1～10:1，所述碱式氧化钒悬浊液pH为5～12，所述过氧化氢水溶液中过氧化氢与前驱液中钒离子的摩尔比为0.001:1～5:1，以及所述水热反应的反应温度为200～260℃，反应时间为6～72h时，所述二氧化钒纳米粉体为M相，且为单晶颗粒，所述单晶颗粒具有球形结构或类球形结构，尺寸为20～50nm，热致相变点可调节为0～70℃。与现有技术相比，本专利技术包括以下优点：本专利技术提供了一种反应釜、一种二氧化钒纳米粉体及其制备方法。所述反应釜是一种新型的反应釜，包括第一内衬和第二内衬两个内衬，第二内衬起隔离作用，可以向第二内衬内和第二内衬与第一内衬形成的容置空间内加入不同的反应液，使用反应釜进行水热反应时，某一反应液挥发后进入另一反应液中与另一反应液发生反应，生成所需产物，通过控制反应物比例和反应条件实现对产物形貌、晶体结构的控制。本专利技术实施例提供的一种二氧化钒纳米粉体的制备方法，是使用本专利技术实施例提供的反应釜完成的，基于反应釜的特殊结构和可挥发出氧化性气体的氧化剂的使用，使得水热反应在一个特定的氧化性气氛下进行，特定的氧化性气氛的存在，实现了对粉体的形貌和性能的有效控制，通过水热反应一步法制得了所需形貌和性能的二氧化本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种反应釜，其特征在于，包括外壳和内衬，所述内衬设置在所述外壳内；所述内衬包括第一内衬和第二内衬；所述第二内衬设置在所述第一内衬的腔室内，所述第二内衬的顶端开口且底端封口，其高度小于所述第一内衬的高度，且与所述第一内衬之间形成有容置空间。

【技术特征摘要】
1.一种反应釜，其特征在于，包括外壳和内衬，所述内衬设置在所述外壳内；所述内衬包括第一内衬和第二内衬；所述第二内衬设置在所述第一内衬的腔室内，所述第二内衬的顶端开口且底端封口，其高度小于所述第一内衬的高度，且与所述第一内衬之间形成有容置空间。2.根据权利要求1所述的反应釜，其特征在于，所述外壳为不锈钢外壳；所述第一内衬为石英内衬、玻璃内衬或聚四氟乙烯内衬；所述第二内衬为石英内衬、玻璃内衬或聚四氟乙烯内衬。3.一种二氧化钒纳米粉体的制备方法，其特征在于，使用权利要求1-2任一项所述的反应釜完成，所述方法包括：步骤1、碱式氧化钒悬浊液的制备；使用去离子水溶解含钒固体，得到含钒溶液，向含钒溶液中加入水合肼溶液进行反应，反应结束后添加碱性试剂，得到所述碱式氧化钒悬浊液；步骤2、二氧化钒纳米粉体初品的制备；离心所述碱式氧化钒悬浊液，得到碱式氧化钒固体，使用去离子水分散所述碱式氧化钒固体，得到前驱液，将所述前驱液转移至所述反应釜的第二内衬内，将所述第二内衬放置在所述第一内衬的腔室内，并向所述第二内衬与所述第一内衬形成的容置空间内添加可挥发出氧化性气体的氧化剂，将内置有所述第二内衬的密封的所述第一内衬放置于所述反应釜的外壳中进行水热反应，得到所述二氧化钒纳米粉体初品；步骤3、二氧化钒纳米粉体的制备；水热反应结束后，去除所述第二内衬内的上清液，对所述第二内衬内的下层沉淀进行清洗、离心以及干燥处理，得到所述二氧化钒纳米粉体。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述可挥发出氧化性气体的氧化剂为过氧化氢水溶液。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述使用去离子水溶解含钒固体，得到含钒溶液，向含钒溶液中加入水合肼溶液进行反应，反应结束后添加碱性试剂，得到碱式氧化钒悬浊液包括：使用去离子水溶...

【专利技术属性】
技术研发人员：李静波，郭德宇，金海波，赵政晶，王泽昊，王丹，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京,11