M相二氧化钒纳米粉体的制备方法技术

本申请涉及一种M相二氧化钒纳米粉体的制备方法，属于无机功能材料技术领域。一种M相二氧化钒纳米粉体的制备方法，包括：向五价含钒化合物的水溶液中依次加入酸性试剂和肼盐酸盐水溶液，配制成混合溶液。将混合溶液与碱性试剂混合得到悬浊液。对悬浊液进行固液分离得到固体产物，对固体产物的水溶液进行水热反应。将固体产物的水溶液直接用水热法可以得到M相二氧化钒纳米粉体，不需要后续高温退火处理，产物具有较纯的物相，较好的结晶度，粉体粒径小且粒径分布均匀。本申请的水热晶化过程没有气体产生，安全性好，对设备、反应温度和时间要求不高，适合工业化大规模生产，且该制备方法具有操作简便，成本低廉等特点。

Preparation of M-phase vanadium dioxide nano-powder

【技术实现步骤摘要】
M相二氧化钒纳米粉体的制备方法
本申请涉及无机功能材料
，且特别涉及一种M相二氧化钒纳米粉体的制备方法。
技术介绍
二氧化钒有多达10余种晶相，其中只有M/R相具有热致变色性能。目前已报道多种制备二氧化钒粉末的方法，但很难一步制备具有优异热致相变性能的M相二氧化钒粉体，固相法(如热分解)需对含钒前驱体高温煅烧，能耗高且产物粒径大分布宽。液相法往往制备出来的是亚稳态二氧化钒粉体，虽然高温退火能将其转变为M相二氧化钒，但退火过程中会导致颗粒烧结和团聚，所制备的二氧化钒也通常为微米级。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本申请实施例的目的包括提供一种M相二氧化钒纳米粉体的制备方法，改善制备工艺复杂，M相二氧化钒粉体颗粒大、分布不均匀的技术问题。第一方面，本申请实施例提出了一种M相二氧化钒纳米粉体的制备方法，包括：向五价含钒化合物的水溶液中依次加入酸性试剂和肼盐酸盐水溶液，配制成混合溶液。将混合溶液与碱性试剂混合得到悬浊液。对悬浊液进行固液分离得到固体产物，对固体产物的水溶液进行水热反应。本申请实施例制得的固体产物的水溶液即为前驱液，将前驱液直接用水热法可以得到M相二氧化钒纳米粉体，不需要后续高温退火处理，产物具有较纯的物相，较好的结晶度，粉体粒径小且粒径分布均匀。本申请的水热晶化过程没有气体产生，安全性好，对设备、反应温度和时间要求不高，适合工业化大规模生产，且该制备方法具有操作简便，成本低廉等特点。在本申请的部分实施例中，肼盐酸盐与五价含钒化合物中钒元素的摩尔比为(0.05-1):1。在该配比范围内，肼盐酸盐与五价钒的反应较为充分，产物较为纯净。在本申请的部分实施例中，肼盐酸盐水溶液中的肼盐酸盐包括肼单盐酸盐和肼二盐酸盐中的任意一种或两种。肼盐酸盐作为还原剂，将溶液中的五价钒还原为四价钒。在本申请的部分实施例中，五价含钒化合物的水溶液中钒离子的浓度为0.05-0.5mol/L。在该配比范围内，肼盐酸盐与五价钒的反应较为充分，产物较为纯净。在本申请的部分实施例中，五价含钒化合物包括五氧化二钒、偏钒酸铵、偏钒酸钠、偏钒酸钾、钒酸钠以及钒酸钾中的任意一种或至少两种的组合物。上述物质均可以作为反应原料制备M相二氧化钒纳米粉体。在本申请的部分实施例中，混合溶液的pH值为1-2。酸性试剂调节五价含钒化合物水溶液的pH值，该pH条件的混合溶液可以使得还原反应进行的较为完全。在本申请的部分实施例中，悬浊液的pH值为6-10，可选的，悬浊液的pH值为7-8。该pH值的悬浊液可以使得四价钒与碱充分反应得到悬浊液，将四价钒通过固液分离从溶液中分离出来。在本申请的部分实施例中，在进行水热反应之前，固体产物的水溶液中加入掺杂剂，掺杂剂中的掺杂元素与五价含钒化合物中钒元素的摩尔比为(0.005-0.1):1。在本申请的部分实施例中，掺杂剂包括钨、钼、铝、镁、铌、锇、氟以及钌的可溶性盐中的任一种或两种的组合物。掺杂剂可以调控所得二氧化钒粉体的相变温度，在上述用量比的范围内，掺杂剂的作用较为明显。在本申请的部分实施例中，固体产物的水溶液在反应釜中进行水热反应，反应温度为220-260℃，反应时间为12-72h。该反应温度和反应时间可以制得M相二氧化钒纳米粉体，并且在该反应温度下进行水热反应，可以缩短反应时间，缩短生产周期。附图说明为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。图1为本申请实施例1提供的二氧化钒粉体的X射线衍射图；图2为本申请实施例1提供的二氧化钒粉体的扫描电子显微镜图；图3为本申请实施例1提供的二氧化钒粉体的粒径分布统计直方图；图4为本申请实施例1提供的二氧化钒粉体的差式扫描量热分析曲线；图5为本申请实施例1提供的二氧化钒粉体涂膜后的高低温透过率图谱；图6为本申请实施例2提供的二氧化钒粉体的扫描电子显微镜图；图7为本申请实施例2提供的二氧化钒粉体的粒径分布统计直方图；图8为本申请实施例3提供的二氧化钒粉体的X射线衍射图；图9为本申请实施例4提供的二氧化钒粉体的扫描电子显微镜图；图10为本申请实施例4提供的二氧化钒粉体的粒径分布统计直方图；图11为本申请实施例5提供的二氧化钒粉体的X射线衍射图；图12为本申请实施例6提供的二氧化钒粉体的扫描电子显微镜图；图13为本申请实施例7提供的二氧化钒粉体的差式扫描量热分析曲线。具体实施方式为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。目前有研究公开一种利用醇类作溶剂直接合成M相VO2粉体的方法，但该粉体颗粒三维尺寸均大于100nm，较大的尺寸和较差的分散性限制了该粉体的应用，并且生产过程中需消耗大量醇类有机溶剂，污染大。另有研究公开了一种二氧化钒纳米粉体的制备方法，该粉体为尺寸20～60nm的球形或类球形颗粒，但该方法需在可提供氧化性气氛的双内村反应釜内进行，复杂的反应釜结构和难以控制的氧化性气体浓度限制了其大规模生产及实际应用。有研究公开了一种具有束状纳米结构的VO2相变材料及其制备方法，所得粉体长度为18-25微米，直径为3-5微米，该方法需在240～300℃条件下水热反应，再在氮气气氛下500～700℃高温煅烧，该制备工艺复杂并且能耗高。本申请专利技术人在现有技术的基础上，提供一种M相二氧化钒纳米粉体的制备方法，以改善现有技术制备工艺复杂，M相二氧化钒粉体颗粒大、分布不均匀，能耗高、需后续热处理的技术问题。下面对本申请实施例的一种M相二氧化钒纳米粉体的制备方法进行具体说明。本申请实施例提出了一种M相二氧化钒纳米粉体的制备方法，包括：制备前驱液。本申请采用五价含钒化合物为原料，将五价含钒化合物分散于去离子水中，依次加入酸性试剂和肼盐酸盐水溶液，配制成混合溶液。在本申请中，酸性试剂调节五价含钒化合物水溶液的pH值，给肼盐酸盐与五价含钒化合物反应提供酸性环境。再加入肼盐酸盐水溶液，肼盐酸盐与五价含钒化合物反应，将五价钒还原为四价钒，得到混合溶液，该混合溶液为澄清蓝色溶液。在本申请的部分实施例中，经本申请专利技术人的研究，混合溶液的pH值为1-2，该条件使得还原反应进行的完全。为了使得肼盐酸盐与五价钒充分反应，肼盐酸盐水溶液缓慢加入，如滴加。在本申请的部分实施例中，肼盐酸盐水溶液中的肼盐酸盐包括肼单盐酸盐和肼二盐酸盐中的任意一种或两种。在本申请的部分实施例中，为了保证肼盐酸盐与五价钒的充分反应，肼盐酸盐与五价含钒化合物中钒元素的摩尔比为(0.05-1):1。五价含钒化合物的水溶液中钒离子的浓度为0.05-0.5mol/L。其中，肼盐酸盐与五价含钒化合物中钒元素的摩尔比可以为0.1:1、0.25:1、0.5:1、0.7:1。五价含钒化合物的水溶液中钒离子的浓度可以为0.1mol/L、0.2mol/L、0.3mol/L、0.4mol/L。在本申请的部分实施例中，五价含钒化合物包括五氧化二钒、偏本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种M相二氧化钒纳米粉体的制备方法，其特征在于，包括：向五价含钒化合物的水溶液中依次加入酸性试剂和肼盐酸盐水溶液，配制成混合溶液；将所述混合溶液与碱性试剂混合得到悬浊液；对所述悬浊液进行固液分离得到固体产物，对所述固体产物的水溶液进行水热反应。

【技术特征摘要】
1.一种M相二氧化钒纳米粉体的制备方法，其特征在于，包括：向五价含钒化合物的水溶液中依次加入酸性试剂和肼盐酸盐水溶液，配制成混合溶液；将所述混合溶液与碱性试剂混合得到悬浊液；对所述悬浊液进行固液分离得到固体产物，对所述固体产物的水溶液进行水热反应。2.根据权利要求1所述的M相二氧化钒纳米粉体的制备方法，其特征在于，所述肼盐酸盐与所述五价含钒化合物中钒元素的摩尔比为(0.05-1):1。3.根据权利要求1或2所述的M相二氧化钒纳米粉体的制备方法，其特征在于，所述肼盐酸盐水溶液中的肼盐酸盐包括肼单盐酸盐和肼二盐酸盐中的任意一种或两种。4.根据权利要求1所述的M相二氧化钒纳米粉体的制备方法，其特征在于，所述五价含钒化合物的水溶液中钒离子的浓度为0.05-0.5mol/L。5.根据权利要求1或4所述的M相二氧化钒纳米粉体的制备方法，其特征在于，所述五价含钒化合物包括五氧化二钒、偏钒酸铵、偏钒酸钠、偏钒酸钾、...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵丽，夏敬旺，陆芳，董兵海，王世敏，胡忠明，陈慧，童颜，
申请(专利权)人：湖北大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42