一种单斜相二氧化钒纳米线薄膜及其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于无机纳米材料技术领域，公开了一种单斜相二氧化钒纳米线薄膜及其制备方法和应用。本发明专利技术采用溶液相前驱体滴涂‑空气中煅烧的方法，可以在透明电极上制备得到单斜相二氧化钒纳米线；该纳米线微形貌分明，与电极结合力强，在一般非破坏性后续加工过程中都不会脱落；纳米线结晶度高，在电极表面分布均匀。而且该方法在空气气氛中常压进行，制备工艺简单，便捷，生产成本低，反应条件温和且易于控制。所制备的单斜相二氧化钒为纳米线一维结构，该类结构广泛存在的量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应和界面效应等特性，使得它可应用于光电开关、热敏电阻、光信息储存、锂离子电池等领域。

A monoclinic vanadium dioxide nanowire film and its preparation method and Application

The invention belongs to the technical field of inorganic nanomaterials, and discloses a monoclinic vanadium dioxide nanowire film, a preparation method and application thereof. The monoclinic vanadium dioxide nanowires can be prepared on transparent electrodes by dropping solution phase precursor and calcining in air; the nanowires have clear micro-morphology, strong bonding force with electrodes, and will not fall off during general non-destructive follow-up processing; the nanowires have high crystallinity and uniform distribution on the surface of electrodes. Moreover, the method is carried out at atmospheric pressure, and the preparation process is simple, convenient, low production cost, mild reaction conditions and easy to control. The prepared monoclinic vanadium dioxide is a one-dimensional structure of nanowires, which has many characteristics such as quantum size effect, small size effect, surface effect and interface effect. It can be used in photoelectric switches, thermistors, optical information storage, lithium ion batteries and other fields.

【技术实现步骤摘要】
一种单斜相二氧化钒纳米线薄膜及其制备方法和应用
本专利技术属于无机纳米材料
，特别涉及一种单斜相二氧化钒纳米线薄膜及其制备方法和应用。
技术介绍
钒是VB族元素，作为一种过渡族金属元素，其原子外层电子结构为3d34s2。钒元素存在多种价态，可以与氧作用生成一系列复杂的氧化物。在钒的氧化物中，钒以+2、+3、+4、+5或者混合价态存在。钒的氧化物具有众多优异的光、电和磁学性能，因而它们的用途十分广泛，有金属“维生素”之称。其中，二氧化钒是一种具有优良的金属-绝缘相变性质的过渡金属氧化物，在众多具有相变特性的化合物中，二氧化钒的相变温度最接近室温，VO2相变前后伴随的光学、电学和磁学性质的突变使得自身在诸多方面都有着良好的应用，比如智能控温薄膜、温控装置、光电开关、热敏电阻、光信息储存等。二氧化钒具有开放式的层状结构，层内一般为强烈的共价键，层间为弱的范德华力或氢键，方便原子或分子嵌入层间，使钒氧化合物成为很有潜力的锂电池正极材料。因而，和其它正极材料相比，二氧化钒的比容量有着明显的优势。在材料领域，特殊的纳米微形貌是决定材料先进功能的重要因素。一维的纳米线结构具有高的活性面积，显著的光散射和优异的电荷传导能力，其制备和应用是目前研究的热点。但是，一维结构独特的晶体堆积方式和高长径比的取向性生长需求造成该类材料制备困难，有效的合成方法不足。目前，VO2纳米线的制备方法主要有化学气相沉积法、脉冲激光沉积法、磁控溅射法、水热法等。其中，气相沉积法、磁控溅射法和脉冲激光沉积法存在工艺过程复杂，设备昂贵，制备得到的产物较少，能耗比大等不足；水热法虽然操作简单，但是可控性不好，且高压环境下安全系数低。因此有必要研发出一种工艺过程简单、成本低廉、可以实现大规模生产的单斜相一维二氧化钒纳米线的制备方法。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的缺点与不足，本专利技术的首要目的在于提供一种单斜相二氧化钒纳米线薄膜的制备方法；本专利技术另一目的在于提供上述方法制备的单斜相二氧化钒纳米线薄膜；本专利技术再一目的在于提供上述单斜相二氧化钒纳米线薄膜在光电开关、热敏电阻、光信息储存、锂离子电池等领域中的应用。本专利技术的目的通过下述方案实现：一种单斜相二氧化钒纳米线薄膜的制备方法，包括以下步骤：将含钒前驱体加入到乙酸和乙酰丙酮的混合溶剂中溶解并混合均匀，然后将混合均匀后的溶液滴涂在清洗干净的FTO玻璃的导电面上，超声使溶液均匀覆盖在FTO玻璃的导电面，再加热固化，重复“滴涂+加热固化”操作2～5次后在空气中煅烧即可得到目标产物单斜相二氧化钒纳米线薄膜。所述的含钒前驱体为乙酰丙酮氧钒和五氧化二钒中的至少一种；优选为乙酰丙酮氧钒；所述的乙酸和乙酰丙酮的混合溶剂中乙酸和乙酰丙酮的体积比为18～24：1，优选为20:1；所述的含钒前驱体与混合溶剂的用量满足每4.75～6.25mL的乙酸和乙酰丙酮的混合溶剂对应使用0.05～1mmol的含钒前驱体；所述的混合均匀优选为超声使含钒前驱体在混合溶剂中混合均匀，超声的条件为：300～700W功率下超声30～45min；所述的滴涂是指用移液枪移取溶液垂直滴在清洗干净的FTO玻璃上；所述的超声使溶液均匀覆盖在FTO玻璃的导电面是指在300～700W功率下超声4～6min使溶液均匀覆盖在FTO玻璃的导电面。所述的滴涂的溶液的用量满足每3.75cm2的导电面每次滴涂60μL的溶液；所述的加热固化是指在450～500℃加热固化5～10min，优选在500℃加热固化5min；所述的煅烧是指以2～2.5℃/min的升温速率升温至550～600℃，保持2～3h。所述的清洗干净的FTO玻璃是指通过以下步骤进行清洗：将FTO导电玻璃裁成条块状，然后将FTO导电面朝上放入容器中，依次用丙酮、无水乙醇超声清洗15～20min清除玻璃基片表面的有机污染物，接着用去离子水超声清洗15～20min，整个过程超声功率保持300～700W，最后再用氮气吹干，装入干净的容器中备用；一种由上述方法制备得到的单斜相二氧化钒纳米线薄膜。上述方法制备的单斜相二氧化钒纳米线薄膜在光电开关、热敏电阻、光信息储存、锂离子电池中的应用。本专利技术相对于现有技术，具有如下的优点及有益效果：(1)本专利技术采用溶液相前驱体滴涂-空气中煅烧的方法，可以在透明电极上制备得到单斜相二氧化钒纳米线；该产品纳米线微形貌分明，与电极结合力强，在一般非破坏性后续加工过程中都不会脱落；纳米线结晶度高，在电极表面分布均匀。(2)本专利技术采用的“滴涂-煅烧”的合成方法，反应在空气气氛中常压进行，制备工艺简单，便捷，无需复杂的设备和苛刻的加工条件，无需产品纯化和分离流程，生产成本低，反应条件温和且易于控制，非常适合大规模工业化生产和应用。(3)本专利技术方法所制备的单斜相二氧化钒为纳米线一维结构，具有显著的量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应和界面效应等特性，使得它具有一系列优异的光、电、磁和化学性质，为高性能微纳器件的开发提供了先决条件，可广泛应用于光电开关、热敏电阻、光信息储存、锂离子电池等领域。附图说明图1为实施例1中制备的单斜相二氧化钒薄膜的SEM图；图2为实施例2中制备的单斜相二氧化钒薄膜的SEM图；图3为实施例3中制备的单斜相二氧化钒薄膜的SEM图；图4为实施例4中制备的单斜相二氧化钒薄膜的SEM图；图5为实施例1～4中制备的单斜相二氧化钒薄膜的XRD图。具体实施方式下面结合实施例和附图对本专利技术作进一步详细的描述，但本专利技术的实施方式不限于此。实施例中所用试剂如无特殊说明均可从市场常规购得。实施例1:一种单斜相二氧化钒纳米线薄膜及其制备方法(1)首先将FTO导电玻璃裁成1.5cm×2.5cm(宽×长)的条块状，然后将FTO导电面朝上放入烧杯中，依次用丙酮、无水乙醇超声清洗18min，清除玻璃基片表面的有机污染物，接着用去离子水超声清洗15min，整个过程超声功率保持300W，最后再用氮气流吹干，装入干净的培养皿中备用。(2)将0.05mmol的乙酰丙酮氧钒溶解在5mL的乙酸和0.25mL的乙酰丙酮中，300W功率下超声30min使溶质分散均匀，最终形成深绿色的溶液。取步骤(1)中清洗干净的FTO，用双面胶将其非导电面固定在平底玻璃培养皿的底部，用移液枪移取60μL的该溶液垂直滴在FTO的正中间，放置在300W超声波下超声4min使其均匀覆盖在FTO的表面，然后在500℃下加热5min加速其固化，重复上述的滴涂+加热固化的操作3次，最后在管式炉中以2℃/min的升温速率升温至550℃，保持2h即可制得目标产物二氧化钒。对实施例1中制备的氧化钒纳米线薄膜进行SEM测试，结果如图1所示。当乙酰丙酮氧钒的浓度为0.01M时，产品形貌为平行于基底生长的纳米线，纳米线的长度约10～15μm，直径约在100～200nm之间；由于浓度较低，可以看到有部分暴露的基底，电极未被纳米线完全覆盖。实施例2:一种单斜相二氧化钒纳米线薄膜及其制备方法(1)首先将FTO导电玻璃裁成1.5cm×2.5cm(宽×长)的条块状，然后将FTO导电面朝上放入烧杯中，依次用丙酮、无水乙醇超声清洗15min，清除玻璃基片表面的有机污染物，接着用去离子水超声清洗18min，整个过程超声功率保持300W，最后再用氮气流吹干，装入干净本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种单斜相二氧化钒纳米线薄膜的制备方法，其特征在于包括以下步骤：将含钒前驱体加入到乙酸和乙酰丙酮的混合溶剂中溶解并混合均匀，然后将混合均匀后的溶液滴涂在清洗干净的FTO玻璃的导电面上，超声使溶液均匀覆盖在FTO玻璃的导电面，再加热固化，重复滴涂+加热固化的操作2～5次后在空气中煅烧即得到目标产物单斜相二氧化钒纳米线薄膜。

【技术特征摘要】
1.一种单斜相二氧化钒纳米线薄膜的制备方法，其特征在于包括以下步骤：将含钒前驱体加入到乙酸和乙酰丙酮的混合溶剂中溶解并混合均匀，然后将混合均匀后的溶液滴涂在清洗干净的FTO玻璃的导电面上，超声使溶液均匀覆盖在FTO玻璃的导电面，再加热固化，重复滴涂+加热固化的操作2～5次后在空气中煅烧即得到目标产物单斜相二氧化钒纳米线薄膜。2.根据权利要求1所述的单斜相二氧化钒纳米线薄膜的制备方法，其特征在于：所述的含钒前驱体为乙酰丙酮氧钒和五氧化二钒中的至少一种。3.根据权利要求1或2所述的单斜相二氧化钒纳米线薄膜的制备方法，其特征在于：所述的乙酸和乙酰丙酮的混合溶剂中乙酸和乙酰丙酮的体积比为18～24：1。4.根据权利要求1或2所述的单斜相二氧化钒纳米线薄膜的制备方法，其特征在于：所述的含钒前驱体与混合溶剂的用量满足每4.75～6.25mL的乙酸和乙酰丙酮的混合溶剂对应使用0.05～1mmol的含钒前驱体；所述的混合均匀是指超声使含钒前驱体在混合溶剂中混合均匀，超声的条件为：300～700W功率下超声30～45min。5.根据权利要求1或2所述的单斜相二氧化钒纳米线薄膜的制备方法，其特征在于：所述的滴涂是指用移液枪移取溶液垂直滴在清洗干净的FTO玻璃上；...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦冬冬，牛利，耿园园，韩冬雪，陶春兰，段世芳，韦秋钰，
申请(专利权)人：广州大学，
类型：发明
国别省市：广东,44