二氧化钛-M相二氧化钒复合纳米颗粒及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种二氧化钛-M相二氧化钒复合纳米颗粒及其制备方法。复合纳米颗粒为粒径20～150nm的核壳结构，其由摩尔比为1∶3～11的金红石相二氧化钛和M相二氧化钒组成，核为粒径为10～15nm的金红石相二氧化钛、壳为M相二氧化钒，壳在核的表面有外延生长，壳中掺杂有钼，其钒与钼的原子百分比为88.77～96.26at％∶3.74～11.23at％；方法为先将五氧化二钒、二水合草酸和水混合后，向其中加入钼酸或钼酸铵并搅拌得混合溶液，再向混合溶液中加入金红石相二氧化钛后搅拌至少2h得前驱体混合液，之后，先将前驱体混合液置于密闭状态，于160～240℃下反应1～6d得悬浊状的反应液，再对其进行固液分离和洗涤的处理，制得目的产物。它具有近室温的相变温度和极好的红外调控性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种复合纳米颗粒及制备方法，尤其是一种二氧化钛-M相二氧化钒复合纳米颗粒及其制备方法。
技术介绍
M相二氧化钒(VO2(M))单晶在341k具有从单斜半导体相向四方金属相转变的特性。在相变附近，材料的光学性能和电学性能都会发生突变。在红外波段，单斜相具有较高的透过性能，而四方相则有较高的反射特性。将VO2(M)作为红外调控材料，利用Mott相变前后VO2在电学、光学方面的突变特性，在光电器件、红外探测、智能窗、存储器件等领域有很大的潜在应用价值。由此，人们为了获得M相二氧化钒，作了一些尝试和努力，如中国专利技术专利申请公开说明书CN1693212A于2005年11月9日公开的一种“二氧化钒纳米粉体材料的制备方法”。该说明书中提及了一种掺Mo二氧化钒纳米粉体材料的制备方法，其依次为前驱体的制备、前驱体的热分解和粉体材料的退火处理；其中，前驱体的制备先以V2O5、草酸和MoO3为原料，混合均匀后加热至熔融状(800～900℃)，再将熔体倒入水中后加入草酸并搅拌2～4h，蒸干后得到草酸氧钒前驱体，之后，先将草酸氧钒前驱体置于350～500℃、压力为20～60Pa下保温20～40min，得到掺Mo的二氧化钒纳米粉体材料，再将掺Mo的二氧化钒纳米粉体材料置于400～600℃、压力为10～20Pa下退火1～4h后，将其置于相同的压力下冷却至室温，得到粒度≤50nm的产物。这种制备方法虽获得了颗粒状的M相二氧化钒，却也存在着不足之处，首先，产物的相变温度虽由未掺杂的68℃降低到了30～35℃，却仍不尽人意；其次，制备方法涉及多次的高温加热和抽真空，不仅过于繁琐还消耗了过多的能源。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题为克服现有技术中的不足之处，提供一种相变温度在室温附近、且具有良好红外调控性能的二氧化钛-M相二氧化钒复合纳米颗粒。本专利技术要解决的另一个技术问题为提供一种上述二氧化钛-M相二氧化钒复合纳米颗粒的制备方法。为解决本专利技术的技术问题，所采用的技术方案为：二氧化钛-M相二氧化钒复合纳米颗粒包括M相二氧化钒，特别是，所述复合纳米颗粒由金红石相二氧化钛和M相二氧化钒组成，其中，金红石相二氧化钛和M相二氧化钒的摩尔比为1：3～11，复合纳米颗粒的粒径为20～150nm，复合纳米颗粒为核壳结构，其核为金红石相二氧化钛、壳为M相二氧化钒，壳在核的表面有外延生长；所述作为核的金红石相二氧化钛的粒径为10～15nm；所述作为壳的M相二氧化钒的晶格中掺杂有钼，所述晶格中掺杂有钼的M相二氧化钒中的钒与钼的原子百分比为88.77～96.26at％:3.74～11.23at％。作为二氧化钛-M相二氧化钒复合纳米颗粒的进一步改进：优选地，复合纳米颗粒为单分散的纳米颗粒。较好的是，复合纳米颗粒为球形。为解决本专利技术的另一个技术问题，所采用的另一个技术方案为：上述二氧化钛-M相二氧化钒复合纳米颗粒的制备方法采用水热法，特别是主要步骤如下：步骤1，先按照摩尔比为0.5～1.5：1：80～200的比例将五氧化二钒(V2O5)、二水合草酸和水混合后，向其中加入钼酸或钼酸铵并搅拌，得到混合溶液，其中，混合溶液中的钒与钼的原子百分比为88.77～96.26at％:3.74～11.23at％，再向混合溶液中加入金红石相二氧化钛后搅拌至少2h，得到前驱体混合液，其中，前驱体混合液中的金红石相二氧化钛和钒原子的摩尔比为1：1～15；步骤2，先将前驱体混合液置于密闭状态，于160～240℃下反应1～6d，得到悬浊状的反应液，再对悬浊状的反应液进行固液分离和洗涤的处理，制得二氧化钛-M相二氧化钒复合纳米颗粒。作为二氧化钛-M相二氧化钒复合纳米颗粒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，或过滤分离，或抽滤分离。较好的是离心分离的转速为10000～14000r/min、时间为2～6min。优选地，洗涤处理为使用去离子水对离心分离后得到的固态物质进行3次的清洗。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、X射线衍射仪和X射线光电子能谱仪进行表征，由其结果可知，目的产物为众多的、单分散的准球形纳米颗粒。其中，准球形纳米颗粒的粒径为20～150nm，为核壳结构，核为金红石相二氧化钛、壳为M相二氧化钒，壳在核的表面有外延生长。作为核的金红石相二氧化钛的粒径为10～15nm，作为壳的M相二氧化钒的晶格中掺杂有钼，其中的钒与钼的原子百分比为88.77～96.26at％:3.74～11.23at％。由金红石相二氧化钛和M相二氧化钒组成的准球形纳米颗粒中的金红石相二氧化钛和M相二氧化钒的摩尔比为1：3～11。这种由金红石相二氧化钛和M相二氧化钒组成的目的产物，既具有较好的分散性；又有着较大的比表面积；还有着M相二氧化钒的外壳；极利于其相变和红外调控性能的充分发挥。其二，对制得的目的产物分别使用差示扫描量热仪和紫外-可见-红外光谱仪进行表征，其结果表明，目标产物的相变温度为25.5～38.72℃，红外调控幅度高达35％，具备了良好的近室温相变特性和极好的红外调控性能。其三，制备方法简单、科学、高效，，不仅制得了相变温度在室温附近、且具有极好红外调控性能的目的产物——二氧化钛-M相二氧化钒复合纳米颗粒，还可通过改变二氧化钛的含量，实现了对目的产物的形貌、尺寸、相变温度和红外性能进行人为的调控；更有着工艺简单、节能、生产成本低，利于工业化生产的优点。进而使目的产物极易于广泛地进行商业化的应用。附图说明图1是分别对金红石相二氧化钛颗粒和制得的目的产物使用扫描电镜(SEM)进行表征的结果之一。其中，图1a为金红石相二氧化钛颗粒的SEM图像；图1b～图1f分别为目的产物中的金红石相二氧化钛和M相二氧化钒的摩尔比为1:11、1:9、1:7、1:5和1:3时的SEM图像。由其可看出，当目标产物中的金红石相二氧化钛和M相二氧化钒的摩尔比改变时，目的产物的粒径也随之变化。图2是对目的产物使用透射电镜(TEM)进行表征的结果之一。其中，图2a为目的产物的TEM图像；图2b为图2a所示目的产物的高倍TEM图像；图2c为对图2b进行快速傅里叶变换后得到的TEM图像；图2d为图2b所示目的产物的高倍TEM图像。由图2b可知，目的产物的表面晶格间距0.332nm对应于VO2(M)的(-111)晶本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种二氧化钛‑M相二氧化钒复合纳米颗粒，包括M相二氧化钒，其特征在于：所述复合纳米颗粒由金红石相二氧化钛和M相二氧化钒组成，其中，金红石相二氧化钛和M相二氧化钒的摩尔比为1：3～11，复合纳米颗粒的粒径为20～150nm，复合纳米颗粒为核壳结构，其核为金红石相二氧化钛、壳为M相二氧化钒，壳在核的表面有外延生长；所述作为核的金红石相二氧化钛的粒径为10～15nm；所述作为壳的M相二氧化钒的晶格中掺杂有钼，所述晶格中掺杂有钼的M相二氧化钒中的钒与钼的原子百分比为88.77～96.26at％:3.74～11.23at％。

【技术特征摘要】
1.一种二氧化钛-M相二氧化钒复合纳米颗粒，包括M相二氧化钒，其
特征在于：
所述复合纳米颗粒由金红石相二氧化钛和M相二氧化钒组成，其中，
金红石相二氧化钛和M相二氧化钒的摩尔比为1：3～11，
复合纳米颗粒的粒径为20～150nm，
复合纳米颗粒为核壳结构，其核为金红石相二氧化钛、壳为M相二氧化
钒，壳在核的表面有外延生长；
所述作为核的金红石相二氧化钛的粒径为10～15nm；
所述作为壳的M相二氧化钒的晶格中掺杂有钼，所述晶格中掺杂有钼的
M相二氧化钒中的钒与钼的原子百分比为88.77～96.26at％:3.74～
11.23at％。
2.根据权利要求1所述的二氧化钛-M相二氧化钒复合纳米颗粒，其特
征是复合纳米颗粒为单分散的纳米颗粒。
3.根据权利要求1所述的二氧化钛-M相二氧化钒复合纳米颗粒，其特
征是复合纳米颗粒为球形。
4.一种权利要求1所述二氧化钛-M相二氧化钒复合纳米颗粒的制备方
法，采用水热法，其特征在于主要步骤如下：
步骤1，先按照摩尔比为0.5～1.5：1：80～200的比例将五氧化二钒、
二水合草酸和水混合后，向其中加入钼酸或钼酸铵并搅...

【专利技术属性】
技术研发人员：李登兵，李明，潘静，吴昊，李广海，
申请(专利权)人：中国科学院合肥物质科学研究院，
类型：发明
国别省市：安徽;34