制备金属氧化物粉末的方法技术

一种制备金属氧化物粉末的方法，包括：提供含有金属络合物的前体溶液或分散液；在有水的情况下，将前体溶液喷射到加热的基底上，以在基底上沉积材料；对所述沉积材料进行干燥；以及从基底上移除沉积材料以制备金属氧化物粉末。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】制备金属氧化物粉末的方法本申请涉及一种制备粉末的方法，通过所述方法可获得的或已获得的粉末，以及这些粉末的各种用途。更具体地说，本申请涉及一种制备金属氧化物粉末的方法，通过所述方法可获得的或已获得的金属氧化物粉末，以及这些金属氧化物粉末的各种用途。所述金属氧化物粉末可以包含或基本上由未掺杂或掺杂的金属氧化物组成。热致变色材料的特征在于半导体到金属的转变，这种转变的发生是由于材料的晶体和/或电子结构中的可逆变化是温度的函数。由于半导体到金属的转变，材料的光学、电学和磁学性质发生变化。热致变色材料是让人感兴趣的，因为它们具有几种潜在的有用的应用，包括如在智能窗中，穿过该智能窗的光和热透射率根据周围环境温度而变化。氧化钒(IV)(VO2)是一种特别有趣的热致变色材料，因为在70℃左右的温度下其由半导体到金属的转变而引起的光学、电学和磁学性能具有很大的可逆变性。可以通过掺杂来改变发生半导体到金属转变的温度。例如，用高价过渡金属例如铌、钼或钨掺杂VO2会降低其发生半导体到金属转变的温度。另外，用三价阳离子例如铬和铝掺杂VO2会增加其发生半导体到金属转变的温度。然而，迄今为止，尚未开发出用于制备大量纯净的VO2粉末(例如纯度为90％或更高)的可靠、成本效益好的且节能的方法以满足工业需求。这种方法的缺乏阻碍了可以利用VO2的独特性能的产品的开发和商业化。钒氧化物的化学性质是难以制备大量纯净VO2粉末的一个原因。钒可具有几种氧化态，因此，可以形成多种氧化物，每种氧化物具有显著不同的磁性和电性能。EdwardsP.,KuznetsovV.,SlocombeD.andVijayaraghavanR.TheElectronicStructureandPropertiesofSolids.In:JanReedijkandKennethPoeppelmeier,editors.ComprehensiveInorganicChemistryII,Vol4.Oxford:Elsevier；2013.p.153-176中讨论了固体，特别是氧化物的电子结构和性质。已通过液体进料火焰喷雾反应方法(热解)制备VO2粉末。然而，结果通常不令人满意，因为所制备的粉末不具有良好的纯度。不希望受任何理论的束缚，这可能是由于火焰过热以及火焰热解过程是在空气中进行的事实。US2006/0165898公开了通过使火焰与冷却介质接触来降低火焰温度。用于制备VO2粉末的水热路线也不令人满意。所涉及的高于大气的压力意味着这种方法可能是昂贵的和/或具有相对较高的风险因素。此外，这种水热路线不能提供大量纯净VO2粉末的可大量制备的方法。用于制备VO2粉末的水热合成路线的实施例公开于：Ji,S.,Zhang,F.&Jin,P.,SolarEnergyMaterialsandSolarCells95(2011)3520-3526；Zhou,J.etal,PhysicalChemistryChemicalPhysics15(2013)7505-7511；Lv,W.etal,CeramicsInternational40(2014)12661-12668；andZhang,C.etal,InternationalJournalofElectrochemicalScience10(2015),6014-6019。Ji,S.,Zhang,F.&Jin,P.,JournalofPhysicsandChemistryofSolids73(2012)762-769描述了在V2O5-H2C2O4-H2O系统中水热合成的亚稳态VO2(A)纳米纤维的形成机理和结晶特性。Ji,S.,Zhang,F.&Jin,P.,JournalofSolidStateChemistry184(2011),2285-2292描述了通过控制水热压选择性生成VO2(A)和VO2(R)多晶体。R.Binionsetal.,J.Mater.Chem.,2007,17,4652-4660描述了通过常压化学气相沉积(APCVD)法从乙酰丙酮氧化钒和六氯化钨制备VO2薄膜。B.W.Mwakikungaetal.,OpticalMaterials29(2007)481-487描述了在0.085M偏钒酸铵水溶液中通过超声波nebula-喷射热分解从前体三氯化钒中制备亚微米结构的VO2薄膜。本申请的第一方面提供了制备金属氧化物粉末的方法，包括：提供含有金属络合物的前体溶液或分散液；在水存在的情况下，将所述前体溶液喷射到加热的基底上，以在所述基底上沉积材料；将所述沉积材料进行干燥，以及从基底移除沉积材料以制备金属氧化物粉末。本专利技术提供了一种制备掺杂和未掺杂的金属氧化物粉末的喷射热解方法，例如，钒(IV)氧化物(VO2)粉末。在实施例中，前体溶液可以是水溶液。前体溶液可包括含水溶剂混合物或含水/无水溶剂混合物。前体溶液的浓度可高达0.1M或高达0.05M。金属氧化物的一个或以上相可存在于金属氧化物粉末中。金属氧化物粉末可包含，或基本上由金属(IV)氧化物粉末(MO2，其中，M为金属)组成。金属氧化物粉末可包含，或基本上由氧化钒(IV)组成。金属氧化物粉末可包含，或基本上由金属(III)氧化物粉末(M2O3，其中，M为金属)组成。例如，金属氧化物粉末可包含，或基本上由氧化钒(III)(V2O3)组成。金属M可包括钒、钼、钨、锗或锰。相应地，金属络合物可以是钒络合物、钼络合物、钨络合物、锗络合物或锰络合物。例如，金属络合物可以是钒(III)络合物、钒(IV)络合物、钼(IV)配合物、钼(VI)络合物、钼(VIII)络合物、钨(IV)络合物、锗(IV)络合物或锰(IV)络合物。金属络合物可包含一个或以上的配体。所述配体可包括二酮酸盐，例如乙酰丙酮酸盐(acac)。所述配体可包括草酸盐(ox)。其他合适的配体可包括简单的羧酸、氨基酸、α-羟基羧酸、柠檬酸盐、β-酮酯和β-酮亚胺盐。选择给定的配体可以影响所述方法制备的金属氧化物粉末的纯度。配体的结构对于确定金属络合物的分解温度以及由此对金属氧化膜的纯度是至关重要的。有利地是，所述方法可以制备纯净(例如纯度为90％或更高)的金属氧化物粉末，例如，氧化钒(IV)粉末。在实施例中，金属络合物中金属的氧化态可以与金属氧化物粉末中的氧化态不同。在一些实施例中，重要地是，在喷射热解过程中金属的氧化态不会发生变化，即在前体络合物中与最终的粉末产品中氧化态相同。不希望受任何理论的束缚，据认为这使得根据本申请制备的金属氧化物粉末具有非常好的纯度(即至少90％纯度)。钒络合物，例如，钒(IV)配合物可包含氧钒基离子(VO2+)和一个或以上配体。乙酰丙酮氧钒[VO(acac)2]可以是合适的钒(IV)络合物。草酸氧钒[VO(ox)]可以是合适的钒(IV)络合物，例如，[VO(ox)(H2O)2]或[VO(ox)2]2-。有利地是，乙酰丙酮氧钒具有足够的水溶性，可用于本申请的方法中。但是，水溶性更高的钒络合物可以是更优选的，例如，钒(IV)络合物。有利地是，草酸氧钒在水中具有更好的溶解性。草酸氧钒的另一个优势是，前体材料，如草酸，通常相对便宜。此外，已发现使用草酸氧钒作为钒本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种制备金属氧化物粉末的方法，包括：提供含有金属络合物的前体溶液或分散液；在有水的情况下，将所述前体溶液喷射到加热的基底上，以在所述基底上沉积材料；对所述沉积材料进行干燥；以及从所述基底上移除所述沉积材料以制备所述金属氧化物粉末。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.02.05 GB 1602090.11.一种制备金属氧化物粉末的方法，包括：提供含有金属络合物的前体溶液或分散液；在有水的情况下，将所述前体溶液喷射到加热的基底上，以在所述基底上沉积材料；对所述沉积材料进行干燥；以及从所述基底上移除所述沉积材料以制备所述金属氧化物粉末。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述前体溶液是水溶液。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述前体溶液的浓度高达0.1M。4.根据权利要求1、2或3中任一项所述的方法，其特征在于，所述金属氧化物粉末包含或基本上由金属(IV)氧化物粉末(MO2，其中，M是金属)组成，或所述金属氧化氧化物粉末包含或基本上由金属(III)氧化物粉末(M2O3，其中，M是金属)组成。5.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其特征在于，所述金属是钒、钼、钨、锗或锰。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述金属是钒，所述金属络合物是乙酰丙酮氧钒，或所述金属是钒，所述金属络合物是草酸氧钒。7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述金属是钼，所述金属络合物是乙酰丙酮氧钼，或所述金属是钼，所述金属络合物是草酸氧钼或合适的钼(IV)配合物。8.根据权利要求1-7中任一项所述的方法，其特征在于，所述金属络合物中所述金属的氧化态可以与所述金属氧化物粉末中所述金属的氧化态相同。9.根据权利要求1-8中任一项所述的方法，其特征在于，所述前体溶液进一步包含一种或以上金属作为掺杂剂。10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，含有所述掺杂剂的所述前体溶液被供应到喷嘴并喷射到所述加热的基底上；和/或所述掺杂剂与含有所述金属络合物的所述前体溶液或分散液分开供应到喷嘴，并在喷射之前所述掺杂剂与含有所述金属络合物的所述前体溶液或分散液混合在一起；和/或包含所述掺杂剂的一个或以上溶液或分散液从含有所述金属络合物的所述前体溶液或分散液中，自一个或以上的不同喷嘴喷出来，以使所述溶液或分散液喷射在所述基底上时混合在一起。11.根据权利要求1-10中任一项所述的方法，其特征在于，将所述前体溶液或分散液在受控的和/或被保护的和/或惰性气氛中喷射到所述加热基底上。12.根据权利要求1-11中任一项所述的方法，其特征在于，将所述前体溶液或分散液在载气的辅助下喷射到所述加热的基底上。13.根据权利要求1-12中任一项所述的方法，其特征在于，将...

【专利技术属性】
技术研发人员：安德鲁·西尔，彼得·爱德华兹，乔纳森·迪尔沃思，弗拉基米尔·库兹涅佐夫，凯瑟琳·海斯，
申请(专利权)人：牛津大学科技创新有限公司，
类型：发明
国别省市：英国,GB