本申请公开了一种钒基多孔单晶材料及其制备方法与应用，属于无机材料技术领域。所述钒基多孔单晶材料为多孔钒氧化物单晶颗粒或多孔钒氮化物单晶颗粒，且粒径为50nm～500μm。本申请通过将不同尺寸钒氧化物单晶或钒酸盐类单晶还原转化生长或氧化转化生长成不同尺寸多孔钒氧化物单晶，或者氮化转化生长出多孔氮化钒单晶，另辟蹊径开发出低成本、不同尺寸、不同氧配位、不同氮配位的钒基多孔单晶材料，该材料在光电转换，催化，电催化领域以及电化学能源存储系统等领域都有潜在的应用前景；本申请提供的制备方法操作简单、重复性好。重复性好。
【技术实现步骤摘要】
一种钒基多孔单晶材料及其制备方法与应用
[0001]本申请涉及无机材料
，具体涉及一种钒基多孔单晶材料及其制备方法与应用。
技术介绍
[0002]钒是一种多价态的金属元素，如V(Ⅱ)、V(Ⅲ)、V(Ⅳ)、V(
Ⅴ
)等，能够形成多种钒基化合物。多变价态以及配位多面体的存在使钒基化合物具有开放式的结构，便于离子或基团的嵌入和脱出。此外，钒基材料具有储量丰富、质地轻薄、价格低廉、易加工以及高导热、导电，高比容量等特点，在各个领域极具研发和应用前景，已被广泛应用于电解水、超级电容器、锂离子电池以及工业催化等。
[0003]多孔材料以指一定体积分数的多种形态的孔隙为有益组元，孔隙与连续均质或异质基体复合而成的一类材料，被认为是可持续发展和促性环境友好型工业发展的重要支撑之一。多孔材料由于具有一定孔径范围分布的孔隙，较大的比表面积，吸附容量和许多特殊的性能，可实现过滤、分离、节流、催化反应、吸附等多种功能。其中，钒基多孔材料由于其良好的导电性、比容量高等特点，在电催化、储能等领域有着广泛而重要的应用前景。如果这些多孔材料能够以单晶的形式存在，并且具有连通孔的特性，这将大大减少晶界上始终存在的电子和光学散射效应。因此，多孔单晶材料作为光电催化剂的研究是非常重要的。
[0004]因此，有必要提供一种生长小尺寸钒基多孔单晶材料的方法，来为钒基材料器件提供优质的不同尺寸的多孔钒基单晶材料。
技术实现思路
[0005]本申请提供了一种钒基多孔单晶材料及其制备方法与应用，它涉及一种制备不同尺寸多孔单晶材料的方法，尤其是还原转化生长或氧化转化生长不同尺寸多孔钒氧化物单晶材料以及氮化转化生长不同尺寸多孔钒氮化物单晶材料的方法。通过将钒氧化物单晶颗粒或者钒酸盐类单晶颗粒前驱体置于高温含还原性气体或氧化性气体的氛围中，钒氧化物单晶颗粒或者钒酸盐类单晶颗粒前驱体还原转化生长或氧化转化生长出多孔钒氧化物单晶颗粒；通过将钒氧化物单晶颗粒或者钒酸盐类单晶颗粒前驱体置于高温含氨氛围中，钒氧化物单晶颗粒或者钒酸盐类单晶颗粒前驱体氮化转化生长出多孔氮化钒单晶颗粒。本申请的目的一方面是要解决现有制备多孔晶体材料的方法复杂，不利于规模化生产和应用的问题；另一方面是要为钒基器件提供质优价廉的不同尺寸的多孔钒基单晶材料，从而大幅提升钒基器件性能。本专利技术制备小尺寸的钒基多孔单晶颗粒的方法简单、价格低廉、可规模化生产。
[0006]根据本申请的第一方面，提供了一种钒基多孔单晶材料，为多孔钒氧化物单晶颗粒或多孔钒氮化物单晶颗粒，且粒径为50nm～500μm。
[0007]可选地，所述钒基多孔单晶材料的粒径的上限选自100nm、200nm、300nm、400nm、500nm、600nm、700nm、800nm、900nm、1000nm、1.5μm、2μm、2.5μm、3μm、3.5μm、5μm、10μm、20μm、
50μm、80μm、100μm、200μm、300μm、400μm或500μm；下限选自50nm、100nm、200nm、300nm、400nm、500nm、600nm、700nm、800nm、900nm、1000nm、1.5μm、2μm、2.5μm、3μm、3.5μm、5μm、10μm、20μm、50μm、80μm、100μm、200μm、300μm或400μm。
[0008]可选地，所述钒基多孔单晶材料含有孔径为10nm～1000nm的孔。
[0009]可选地，所述钒基多孔单晶材料的孔的孔径的上限选自20nm、30nm、40nm、50nm、60nm、70nm、80nm、90nm、100nm、200nm、300nm、400nm、500nm、600nm、700nm、800nm、900nm或1000nm；下限选自10nm、20nm、30nm、40nm、50nm、60nm、70nm、80nm、90nm、100nm、200nm、300nm、400nm、500nm、600nm、700nm、800nm或900nm。
[0010]可选地，所述钒基多孔单晶材料为钒基多孔单晶纳米颗粒和/或钒基多孔单晶微米颗粒。
[0011]可选地，所述钒基多孔单晶材料为50nm～1000nm的纳米颗粒；或者为1μm～500μm的微米颗粒。
[0012]可选地，所述钒基多孔单晶材料中钒的前驱体选自钒氧化物单晶颗粒、钒酸盐类单晶颗粒中的一种。
[0013]可选地，所述多孔钒氧化物单晶颗粒为多孔一氧化钒单晶颗粒、多孔二氧化钒单晶颗粒、多孔三氧化二钒单晶颗粒、多孔五氧化二钒单晶颗粒、多孔七氧化三钒单晶颗粒和/或多孔十三氧化六钒单晶颗粒；所述多孔氮化钒单晶材料为多孔氮化一钒单晶颗粒和/或多孔氮化二钒单晶颗粒。
[0014]根据本申请的第二方面，提供了上述任一项的钒基多孔单晶材料的制备方法，至少包括：
[0015]将钒的前驱体与反应气接触反应，所述钒的前驱体转化，得到粒径为50nm～500μm的多孔单晶颗粒，其中，所述钒的前驱体为钒氧化物单晶颗粒和/或钒酸盐类单晶颗粒，所述反应气为还原性气体、氧化性气体或含氨的原料气；具体地，将钒的前驱体与还原性气体或氧化性气体接触反应，得到所述多孔钒氧化物单晶材料；将钒的前驱体与含氨的原料气接触反应，得到所述多孔氮化钒单晶材料。
[0016]可选地，所述钒氧化物单晶颗粒选自VO、VO2、V2O3、V2O4、V2O5、V3O5、V3O7、V4O7、V6O
13
或V7O
13
的至少一种。
[0017]可选地，所述钒酸盐类单晶选自NaVO3、Na3VO3、Na4V2O7、KVO3、BiVO4、Zn2V2O7、NH4VO3、NH4V3O8、(NH4)2V3O8、NH4V4O
10
、(NH4)2V6O
16
或(NH4)2V4O9中的至少一种。
[0018]可选地，所述钒氧化物单晶颗粒或钒酸盐类单晶颗粒的尺寸为50nm～500μm。
[0019]本领域技术人员可以根据实际需要，通过选择合适尺寸的钒氧化物单晶颗粒或钒酸盐类单晶颗粒，得到所需要的钒基多孔单晶颗粒。
[0020]可选地，所述接触反应的温度为473K～1773K；反应压力为0.1Torr～1000Torr；反应时间为1min～100h。
[0021]可选地，所述接触反应的温度上限选自1773K、1673K、1573K、1473K、1373k、1273K、1173K、1073K、973K、873K、773K、673K或573K；下限选自473K、473K、573K、673K、773K、873K、973K、1073K、1173K、1273K、1373K、1473K、1573K或1673K。
[0022]可选地，所述接触反应的反应压力上限选自0.2Torr、0.5Torr、10Torr、20Torr、50Torr、100Torr、200Torr、300Torr、400Torr、500Torr、60本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种钒基多孔单晶材料，其特征在于，为多孔钒氧化物单晶颗粒或多孔钒氮化物单晶颗粒，且粒径为50nm～500μm。2.根据权利要求1所述的钒基多孔单晶材料，其特征在于，其孔径为10nm～1000nm。3.根据权利要求1所述的钒基多孔单晶材料，其特征在于，所述多孔钒氧化物单晶颗粒为多孔一氧化钒单晶颗粒、多孔二氧化钒单晶颗粒、多孔三氧化二钒单晶颗粒、多孔五氧化二钒单晶颗粒、多孔七氧化三钒单晶颗粒和/或多孔十三氧化六钒单晶颗粒；所述多孔氮化钒单晶材料为多孔氮化一钒单晶颗粒和/或多孔氮化二钒单晶颗粒。4.根据权利要求3所述的钒基多孔单晶材料，其特征在于，为50nm～1000nm的纳米颗粒；或者为1μm～500μm的微米颗粒。5.权利要求1至4任一项所述的钒基多孔单晶材料的制备方法，其特征在于，至少包括：将钒的前驱体与反应气接触反应，所述钒的前驱体转化，得到粒径为50nm～500μm的多孔单晶颗粒，其中，所述钒的前驱体为钒氧化物单晶颗粒和/或钒酸盐类单晶颗粒，所述反应气为还原性气体、氧化性气体或含氨的原料气。6.权利要求5所述的方法，其特征在于：所述接触反应的温度为473K～1773K；反应压力为0.1Torr～1000Torr；反应时间为1min～100h；优选地，所述接触反应的温度为573K～973K；反应压力为50Torr～800Torr；反应时间为1h～10h。...
【专利技术属性】
技术研发人员：谢奎，许靖，
申请(专利权)人：中国科学院福建物质结构研究所，
类型：发明
国别省市：
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