一种合成氧化钒纳米材料的热力学还原方法技术

本发明专利技术公开了一种合成氧化钒纳米材料的热力学还原方法。包括：在五氧化二钒的水悬浮液中加入柠檬酸钠、表面活性剂和过氧化氢水溶液，并通过加入还原剂发生还原反应，将五氧化二钒还原，得到所述氧化钒纳米材料。本发明专利技术通过选择合适的还原剂和表面活性剂控制氧化钒纳米材料的尺寸大小和分散性。添加表面配体，在制得的纳米材料表面修饰上有机配体，使得氧化钒纳米材料具有水溶性。本发明专利技术提供的热力学还原合成方法不使用有机溶剂，反应温度低，反应时间较短，并且制备的氧化钒纳米材料尺寸均一，分散性和水溶性良好。

【技术实现步骤摘要】
一种合成氧化钒纳米材料的热力学还原方法
本专利技术属于纳米材料领域，具体涉及一种合成氧化钒纳米材料的热力学还原方法。
技术介绍
氧化钒纳米材料是在许多领域有广泛应用的一种特殊材料，具体可以应用于电化学、催化、场效应晶体管、开关、传感器、智能窗户等方面。目前，大多利用水热法制备氧化钒纳米材料，也有利用溶剂热法，液相沉积法等等方法。然而，这些方法合成的氧化钒纳米材料分散性较差，反应时间长，反应温度高，而热力学还原方法合成的氧化钒纳米材料分散性较好，时间短，常温下进行反应。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种合成氧化钒纳米材料的热力学还原方法。本专利技术提供的制备氧化钒纳米材料的方法，包括：在五氧化二钒的水悬浮液中加入柠檬酸钠、表面活性剂、过氧化氢水溶液和还原剂，进行还原反应，得到所述氧化钒纳米材料。上述方法中，所述五氧化二钒在反应体系中的浓度为0.0001g/mL-1g/mL；具体为0.002g/mL；所述柠檬酸钠在反应体系中的浓度为0.003g/mL-0.015g/mL，具体为0.0088g/mL；所述表面活性剂在反应体系中的浓度为0.001g/mL-0.008g/mL，具体为0.004g/mL；所述过氧化氢在反应体系中的浓度为0.0002g/mL-0.02g/mL，具体为0.003g/mL；所述还原剂在反应体系中的浓度为0.0002g/mL-21g/mL，具体为0.0166g/mL；所述还原剂与所述五氧化二钒的摩尔比为10-100：1；具体为20：1；所述过氧化氢水溶液的质量百分浓度为1-30％。所述表面活性剂选自聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚苯乙烯磺酸钠(PSS)和十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)中至少一种。所述还原剂为具有还原性的水溶性化合物；具体选自硼氢化钠、抗坏血酸和谷胱甘肽中至少一种。反应体系的体积不少于1mL；具体为1-1000mL；具体为50mL。所述还原反应步骤中，反应温度为10-40℃；反应时间不少于3s；具体为14400s。所述方法还包括如下步骤：在所述还原反应的同时搅拌；所述搅拌速率具体为200-800rpm；更具体为600rpm。所述方法还包括：在所述还原反应完毕后，初次离心弃去下层沉淀，取上清液，加入与之体积相同的丙酮再次离心富集，收集沉淀，用洗涤剂洗涤；具体的，所述初次离心步骤中，转速为8000pm-25000rpm；具体为15000rpm；离心时间为1min-1440min；具体为3min；所述再次离心步骤中，转速为5000rpm-25000rpm；具体为12000rpm；离心时间为1min-1440min；具体为3min；所述洗涤剂为水和丙酮按体积比1:1组成；另外，按照上述方法制备得到的氧化钒纳米材料也属于本专利技术的保护范围。其中，所述氧化钒纳米材料的粒径为2-10nm。本专利技术通过选择合适的还原剂和表面活性剂控制氧化钒纳米材料的尺寸大小和分散性。在合成过程中，添加有机配体源，从而在制得的氧化钒纳米材料表面修饰上有机配体，使得氧化钒纳米材料表面具有活性基团，因而所述氧化钒纳米材料具有良好的水溶性。该方法具有不使用有机溶剂、反应温度低和反应时间短等优势，同时制备得到的氧化钒纳米材料具有良好的分散性，其表面有活性基团，有良好的水溶性。附图说明图1为实施例1制备得到的氧化钒纳米材料的透射电子显微镜照片。图2为实施例1制备得到的氧化钒纳米材料的X-射线能量弥散谱图。图3为实施例1制备得到的氧化钒纳米材料的X-射线光电子能谱图。图4为使用对比例1的方法制备得到的氧化钒纳米材料的透射电子显微镜照片。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术作进一步阐述，但本专利技术并不限于以下实施例。所述方法如无特别说明均为常规方法。所述原材料如无特别说明均能从公开商业途径获得。实施例1、氧化钒纳米材料的热力学还原法制备制备五氧化二钒悬浮液，将0.1g五氧化二钒粉末分散在50mL去离子水中；将0.4412g二水合柠檬酸钠、0.2gPVP、150μL过氧化氢溶液(30％)和1.2480g硼氢化钠依次加入所述悬浮液中，得到混合液，将所述混合液放置在常温下速率为600rpm的条件下搅拌4h进行还原反应，初次离心弃去下层沉淀，离心转速为15000rpm,离心时间为3min，取上清液，加入与之体积相同的丙酮离心富集，离心转速为12000rpm，离心时间为3min，收集沉淀，用去离子水和丙酮按体积比1:1的比例洗涤数次后，获得洁净的氧化钒纳米材料；图1为实施例1制备得到的氧化钒纳米材料的透射电子显微镜照片。图2为实施例1制备得到的氧化钒纳米材料的X-射线能量弥散谱图。图3为实施例1制备得到的氧化钒纳米材料的X-射线光电子能谱图。由图可知，本专利技术成功制备合成出了氧化钒纳米颗粒，其尺寸约为2-10nm。X射线能量弥散谱证明，该方法所得产物由钒和氧两种元素组成，钒氧比为1:1.97。X-射线光电子能谱证明，该方法所得产物氧化钒中含有V(V)，V(IV)和V(III)，证实了还原反应的发生。对比例1、氧化钒纳米材料的水热法制备根据参考文献“Jung-HoSon,JiangWei,DavidCobden,GuozhongCao,andYounanXia,HydrothermalSynthesisofMonoclinicVO2Micro-andNanocrystalsinOneStepandTheirUseinFabricatingInverseOpals.Chem.Mater.2010,22,3043–3050”。通过水热法制备得到氧化钒纳米材料，具体合成方法如下：将0.225g五氧化二钒分散在10mL去离子水中，加热至60度。加入0.375mL浓硫酸后，逐滴加入0.125mL水合肼。然后用浓NaOH溶液调节pH至8，过滤。收集沉淀并分散在10mL水中，转移至水热反应釜，在220度下反应48小时后，离心富集，用去离子水和乙醇洗涤数次后，获得氧化钒纳米材料。图4为使用对比例1的方法制备得到的氧化钒纳米材料的透射电子显微镜照片。由图4可知，使用水热法合成的氧化钒分散度较差，颗粒尺寸不均一，并且尺寸较大(50-100nm)。此外，通过此方法制备氧化钒纳米材料的反应温度为220度，反应时间为48小时。对比例2、氧化钒纳米材料的制备根据参考文献“YanfengGao,ShaoboWang,HongjieLuo,LeiDai,ChuanxiangCao,YiliaoLiu,ZhangChenandMinoruKanehiraa,EnhancedchemicalstabilityofVO2nanoparticlesbytheformationofSiO2/VO2core/shellstructuresandtheapplicationtotransparentandflexibleVO2-basedcompositefoilswithexcellentthermochromicpropertiesforsolarheatcontrol.EnergyEnviron.Sci.,2012,5,6104–6110”用的传统的水热法制备得到的氧化钒纳米材料，其材料团聚不分散，尺寸不均匀。此外，通过此方法制备氧化钒纳米材料的反应温度为220度，反应时间本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种制备氧化钒纳米材料的方法，包括：在五氧化二钒的水悬浮液中加入柠檬酸钠、表面活性剂、过氧化氢水溶液和还原剂，进行还原反应，得到所述氧化钒纳米材料。

【技术特征摘要】
1.一种制备氧化钒纳米材料的方法，包括：在五氧化二钒的水悬浮液中加入柠檬酸钠、表面活性剂、过氧化氢水溶液和还原剂，进行还原反应，得到所述氧化钒纳米材料。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述五氧化二钒在反应体系中的浓度为0.0001g/mL-1g/mL；具体为0.002g/mL；所述柠檬酸钠在反应体系中的浓度为0.003g/mL-0.015g/mL，具体为0.0088g/mL；所述表面活性剂在反应体系中的浓度为0.001g/mL-0.008g/mL，具体为0.004g/mL；所述过氧化氢在反应体系中的浓度为0.0002g/mL-0.02g/mL，具体为0.003g/mL；所述还原剂在反应体系中的浓度为0.0002g/mL-21g/mL，具体为0.0166g/mL；所述还原剂与所述五氧化二钒的摩尔比为10-100：1；具体为20：1；所述过氧化氢水溶液的质量百分浓度为1-30％。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述表面活性剂选自聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚苯乙烯磺酸钠(PSS)和十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)中至少一种。4.根据权利要求1-3中任一所述的方法，其特征在于：所述还原剂为具有还原性的水溶性化合物；具体选自硼氢化钠、抗坏血酸和谷胱甘肽...

【专利技术属性】
技术研发人员：周晶，毛芳，刘瑜鑫，
申请(专利权)人：首都师范大学，
类型：发明
国别省市：北京,11