CN102838164A - 一种金属离子改性的二氧化钒花状粉末材料的制备方法 - Google Patents

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李志杰
祖小涛
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Laser Fusion Research Center China Academy of Engineering Physics
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Abstract

一种金属离子改性的二氧化钒花状粉末材料的制备方法，属于无机材料的制备技术领域。本发明以氧化钒微粉和金属离子的水溶性硝酸盐为原料，采用水热反应直接生成金属离子改性的二氧化钒花状粉末材料，这种二氧化钒花状粉末材料由厚度50nm左右的片状“花瓣”构成，具有非凡的比表面积，晶型结构为单斜金红石型。本方法过程简单易行，成本低，生产工艺简单，易于工业化大规模生产。可以用在催化剂、传感器、锂离子电池材料、光催化材料、磁性材料等领域。

Description

一种金属离子改性的二氧化钒花状粉末材料的制备方法
技术领域
本发明属于无机材料的制备技术领域，具体涉及金属离子改性的二氧化钒（VO2）的制备方法。
背景技术
纳米二氧化钒材料是一种重要的无机材料，在催化剂、电化学装置、传感器、锂离子电池材料、光催化材料等领域具有广阔的应用前景。通过其他金属元素的掺杂，可以改变其性质，拓宽其应用范围，因此对掺杂二氧化钒制备方法的研究具有重要价值。目前的VO2掺杂的方法主要有以下几种：溶胶-凝胶法，将钒源、掺杂材料高温熔融后倒入冷水中迅速水淬形成凝胶，然后热处理形成干凝胶，研磨后热还原，保护气氛喜爱退火处理；V2O5还原法，在盐酸介质中还原V2O5制备VOCl2，然后进一步反应制备氧钒碱式碳酸铵前驱体，粉碎、在惰性气氛下分解得到VO2粉体，通过在前驱体中掺杂Cr、Mo、W，获得掺杂的VO2，然后焙烧制备；热解还原法，六聚钒酸铵或偏钒酸铵为原料加入掺杂物，热解或者掺杂的二氧化钒微粒，要求升温速率至少100°C/min，工艺困难，制备的样品粒度为微米级。上述方法工艺复杂，制备金属掺杂的二氧化钒为颗粒物，具有特殊结构的高比表面积的金属掺杂的二氧化钒材料仍然是目前急需的技术。
发明内容
本发明提供一种金属离子改性的二氧化钒花状粉末材料的制备方法。通过将二氧化钒微米级颗粒和金属离子硝酸盐共同的水热反应直接制备得到金属离子改性的二氧化钒花状粉末材料，这种花状物材料由厚度为50nm左右的片状“花瓣”组成，为晶型质量较高的单斜金红石型材料。制备过程简单易行，成本低，生产工艺简单，易于工业化大规模生产。这种材料可以用在催化剂、传感器、锂离子电池材料、光催化材料、磁性材料等领域。
本发明技术方案如下：
一种金属离子改性的二氧化钒花状粉末材料的制备方法，如图3所示，包括以下步骤：
步骤1：配制水热反应体系。
首先配制改性金属的硝酸盐水溶液，然后加入二氧化钒微粉，搅拌均与，得到水热反应体系。水热反应体系中，应控制二氧化钒相对于水的质量百分比为0.5%～10%，改性金属的硝酸盐的摩尔量为二氧化钒摩尔量的0.01%～30%。
步骤2：水热反应。
将步骤1配制的水热反应体系转入四氟乙烯内衬的水热釜中，在140～250℃下水热反应10～72小时；
步骤3：后处理。
将步骤2水热反应后生成的固体物过滤，去离子水洗涤，105～130℃下烘干，得到金属离子改性的二氧化钒花状粉末材料。
本发明以工业级二氧化钒微粉为钒源，金属的水溶性硝酸盐为改性金属离子源，在水溶液中采用水热反应直接生成金属离子改性的二氧化钒花状粉末料。水热反应过程中，改性金属离子破坏氧化钒微粒，形成V离子和金属离子，然后V离子和改性金属离子同时水解晶化为金属离子改性的二氧化钒花状粉末材料。本发明原料无毒无害、不需要还原剂、不需要表面活性剂、不需要添加剂，不需要煅烧处理。本方法生产工艺简单，成本低，易于工业化大规模生产。本发明所制备的金属离子改性的二氧化钒花状粉末材料，具有花状结构，由厚度50纳米左右片状“花瓣”构成，具有非凡的比表面积，晶型结构为单斜金红石型，可以用在催化剂、传感器、锂离子电池材料、光催化材料、磁性材料等领域。
附图说明
图1为本发明制备的含10%Cr3+离子的二氧化钒花状粉末材料扫描电镜照片。
图2为本发明制备的含10%Cr3+离子的二氧化钒花状粉末材料X射线衍射谱。
图3为本发明流程示意图。
具体实施方式
实施例1
在水热釜中加入在120ml去离子水，然后加入0.8g Cr(NO3)3·9H2O，搅拌直至完全溶解，得淡绿色澄清硝酸铬溶液。然后加入1.5g二氧化钒微粉。密封水热釜，190℃下水热反应72小时。将水热反应后的产物过滤，去离子水洗涤，110℃下烘干，得到含10%Cr3+离子的二氧化钒花状粉末材料。组成二氧化钒花状粉末材料的片状“花瓣”厚度为50nm，XRD证明其结晶度好，为单斜金红石型。
实施例2
采用上述实施例1的制备过程，不同之处在于加入1.6g Cr(NO3)3·9H2O，得到含20%金属铬离子的二氧化钒花状粉末材料。组成二氧化钒花状物的片状“花瓣”厚度为35nm，XRD证明其结晶度好，为单斜金红石型。
实施例3
采用上述实施例1的制备过程，不同之处在于加入0.55g Co(NO3)2·6H2O，得到含10%金属钴离子的二氧化钒花状粉末材料。组成二氧化钒花状物的片状“花瓣”厚度为50nm，XRD证明其结晶度好，为单斜金红石型。
实施例4
采用上述实施例1的制备过程，不同之处在于加入0.23g Mn(NO3)2·4H2O，得到含5%金属锰离子的二氧化钒花状粉末料。组成二氧化钒花状物的片状“花瓣”厚度为60nm，XRD证明其结晶度好，为单斜金红石型。
实施例5
在水热釜中加入在2400ml去离子水，然后加入8g Cr(NO3)3·9H2O，搅拌直至完全溶解，得淡绿色澄清硝酸铬溶液。然后加入1.5g二氧化钒微米级颗粒。密封水热釜，200℃下水热反应48小时。将水热反应后的产物过滤，去离子水洗涤，110℃下烘干，得到含5%的金属铬离子的二氧化钒花状粉末材料。组成二氧化钒花状物的片状“花瓣”厚度为60nm，XRD证明其结晶度好，为单斜金红石型。

Claims (2)

1.一种金属离子改性的二氧化钒花状粉末材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：配制水热反应体；
首先配制改性金属的硝酸盐水溶液，然后加入二氧化钒微粉，搅拌均与，得到水热反应体系。水热反应体系中，应控制二氧化钒相对于水的质量百分比为0.5%～10%，改性金属的硝酸盐的摩尔量为二氧化钒摩尔量的0.01%～30%；
步骤2：水热反应；
将步骤1配制的水热反应体系转入四氟乙烯内衬的水热釜中，在140～250℃下水热反应10～72小时；
步骤3：后处理；
将步骤2水热反应后生成的固体物过滤，去离子水洗涤，105～130℃下烘干，得到金属离子改性的二氧化钒花状粉末材料。
2.根据权利要求1所述的金属离子改性的二氧化钒花状粉末材料的制备方法，其特征在于，所述硝酸铬、硝酸钴或硝酸钴。
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