CN104030356A - 掺杂二氧化钒粉体和薄膜及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种掺杂二氧化钒粉体和薄膜及其制备方法，所述掺杂二氧化钒粉体的化学组成为V_1-xM_xO₂，0<x≤0.5，其中M为掺杂元素，所述掺杂元素M是Mg或Al，且所述掺杂元素M用于改善所述掺杂二氧化钒粉体的光学性能和调节所述掺杂二氧化钒粉体的相变温度。

Description

掺杂二氧化钒粉体和薄膜及其制备方法

技术领域

本发明涉及化工领域及材料领域中的二氧化钒粉体制备，特别涉及掺杂二氧化钒粉体，及其制备方法和应用。

背景技术

在全球能源供应趋紧和环境日益恶化的形势下，节能减排已成为世界各国共同的目标。***环境规划署2009年12月11日发表的一份报告称：全球温室气体排放有1/3与建筑物耗能有关。我国是能耗大国，每年损耗的能源相当于15亿吨标准煤，其中30%左右为建筑耗能。而建筑耗能中最严重的是玻璃，其能量损耗占整个建筑能耗的50%。因此通过推进建筑物节能，开发节能玻璃，有望大幅降低温室气体排放和能耗。

金红石相二氧化钒在68℃时会发生可逆相变，由低温的单斜相（M相）转变为高温态的金红石相（R相）。在相变的同时，二氧化钒的光学性能、电学性能、磁学性能等都会随着发生可逆变化。正因此，二氧化钒在智能调控方面有着突出的优势。通过二氧化钒对环境的智能化响应，在低温时（＜68℃），二氧化钒在红外区具有较高的透过率；高温时（＞68℃），二氧化钒在红外区体现较高的反射和吸收。在相变过程中，可见光区的透过率几乎不变，作为智能窗的首选材料，可减少制冷和采暖能耗，增加居住舒适度，同时节约资源，保护生态环境。对建设可持续发展的发展模式有着重要的贡献。

目前，二氧化钒应用于智能窗还存在以下几个主要问题：（一）二氧化钒薄膜的调节性能很难超过10%；（二）可见光透过率不高，经过优化的二氧化钒薄膜可见光积分透过率仍很难超过50%，不能达到室内采光的要求；（三）红外调控能力不足，可见光透过率达到50%时，相变前后太阳光调控能力小于10%。（四）二氧化钒体现出的比较难看的黄色，不能满足审美要求。

报道的掺杂的二氧化钒以物理法制备的薄膜和液相法制备薄膜为主，包括反应溅射法、反应蒸镀法、化学气相沉积法、脉冲激光剥蚀法和水热法。对于掺杂氧化钒粉体的制备，专利CN 10164900A提到了加入钨制备得到粒径≤50nm的掺杂二氧化钒粉体，但该专利文献采用高温烧结的方法从B相二氧化钒粉体制备R相二氧化钒粉体，其晶相很难控制。而且，现有技术中公开的掺杂二氧化钒粉体多致力于通过掺杂金属元素来调控二氧化钒的相变温度，所用的掺杂元素多采用钨、钼，来进行掺杂。

应用二氧化钒粉体及二氧化钒粉体与其他物质复合制备薄膜，方法简单，便于大规模操作，不但可以用于原有玻璃窗的节能化改造，并且可以涂覆在不同衬底上，扩大二氧化钒的应用性。然而制备二氧化钒薄膜及涂层，对二氧化钒粉体的形貌和粒径均有着特殊的要求，要求二氧化钒粉体具有优异的分散性。上述现有技术中公开的加入了掺杂元素所制得的二氧化钒粉体，其尺寸较大（大多大于100nm），往往为柱状（长径比大多大于10:1），掺杂元素并不能调控结晶相，制得的掺杂二氧化钒粉体的分散性也不好，不宜用于制备二氧化钒薄膜及涂层。

专利CN 102120615 A提到了包括钪、钛、铬、锰、铁、钴、镍、铜、和锌，所述锡及其附近的元素包括铟、锑、锡、镓、锗、铅、和铋等元素的掺杂，讨论了形貌尺寸问题。以上的方法不能同时解决相变温度，调控性能和透过率问题。欧洲专利WO2010038202-A1及美国专利US2011260123-A1报道了镁掺杂氧化钒薄膜的制备与应用，但此方法工艺复杂不易工业化，目前没有使用过镁掺杂氧化钒粉体的报道。以掺杂的二氧化钒粉体为基制备的柔性有机贴膜，刮膜或者涂膜等能够很好的体现二氧化钒粉体相变前后的光学性能，并且制备简便，容易操作，具有很好的应用前景。

发明内容

本发明人通过研究发现在二氧化钒中掺杂镁或铝可调控二氧化钒的形貌和粒径，从而表现出良好光学性能和较低的相变温度。

本发明的一个方面提供一种掺杂二氧化钒粉体，所述掺杂二氧化钒粉体的化学组成为V_1-xM_xO₂，0<x≤0.5，其中M为掺杂元素，所述掺杂元素M是Mg或Al，且所述掺杂元素M用于改善所述掺杂二氧化钒粉体的光学性能和调节所述掺杂二氧化钒粉体的相变温度。其中优选0.005≤x≤0.3，尤其优选0.005≤x≤0.05。

采用本发明，通过掺杂规定的掺杂元素（镁或铝），可以控制二氧化钒粉体尺寸和形貌，可控制使得制备的二氧化钒粉体尺寸小且均一，该粉体具有高的可见光透过率和良好的高低温红外调控性能，同时能够降低金红石相氧化钒相变温，且该掺杂二氧化钒粉体晶型稳定，其在水使用分散剂（例如聚乙烯吡咯烷酮）中分散性好，易于涂覆在衬底上，适于制备二氧化钒粉体的薄膜和涂层，可应用于智能窗、柔性贴膜，光电开关、热敏电阻以及光信息存储与隔热涂料等领域。

在本发明中，所述掺杂二氧化钒粉体优选为棒状或颗粒状。粉体的长径比优选为1:1～50:1。所述掺杂二氧化钒粉体的尺寸为在5nm～1μm之间可调，优选在至少一个维度上不大于100nm，更优选在三个维度上均不大于100nm，最优选在三个维度上均不大于70nm。所述棒状优选为短棒状，所述颗粒状可以为例如近球形、椭圆形、雪花形、立方形、片形等。

在本发明中，掺杂二氧化钒粉体包括金红石相二氧化钒或者是纯金红石相二氧化钒，金红石相二氧化钒所占的比例可以高达80%，甚至可以达到100%。本发明中掺杂二氧化钒粉体不仅具有可控的尺寸和形貌，也具有半导体-金属相转变性质，本发明的掺杂二氧化钒粉体的相变温度在10～68℃之间连续可调。

本发明还提供一种制备上述掺杂二氧化钒粉体的方法，所述方法包括按照化学计量比（例如掺杂离子与钒离子的摩尔比值可以在1:1000到1:1之间）将掺杂试剂加入至含四价钒的前驱体液中，搅拌均匀，于160～400℃下水热反应0.01～96小时。

优选地，所述水热反应的温度为200～250℃，所述水热反应时间为16～48小时。

含四价钒的前驱液可以通过将可溶性钒原料溶于水制得。常用可溶性钒原料可以是三价、四价或五价钒和/或其水合物。应理解，在采用三价或五价钒盐和/或其水合物作为钒原料时，可以先经氧化或还原等预处理形成四价钒盐再溶于水，或者先将三价或五价钒盐和/或其水合物溶于水后再经氧化或还原制得四价钒溶液。也就是说，前驱液处理可以是三价钒和氧化剂的与掺杂试剂的混合，也可以是四价钒的溶液与掺杂试剂的混合或者四价钒与碱反应的悬浊液与掺杂试剂的混合，还可以是五价钒和还原剂（例如草酸，甲醇，葡萄糖，甲醛，甲酸等其中的一种或者几种还原剂）的混合液与掺杂试剂的混合。前驱液中的四价钒的来源（钒源）可以是三价钒的化合物，可以是四价钒的化合物，也可以是五价钒的化合物。其中，三价钒的化合物包括硫酸钒（V₂(SO₄)₃）或者其他三价钒的化合物。四价钒的化合物包括硫酸氧钒、二氯氧钒、草酸氧钒、氢氧氧钒中的一种或者几种的混合。五价钒的化合物可以是五氧化二钒、偏钒酸铵等钒的五价化合物。

所述掺杂试剂包括镁的化合物或者单质，也可以是铝的化合物或者单质。镁的化合物包括氧化镁、氯化镁、氢氧化镁、硝酸镁、硫酸镁、氟化镁、氮化镁中的一种或者几种。铝的化合物包括氧化铝、氯化铝、氢氧化铝、硝酸铝、硫酸铝中的一种或者几种。

又，可在添加掺杂试剂前或掺杂试剂后加入碱性试剂来处理前驱液，即采用碱性试剂滴定前驱液直至生成悬浊液，滴定的终点的pH为2～12，优选为5～10。该方法容易操作和控制，且无需特殊设备。

本发明采用的碱性试剂可以为氨水、氢氧化钠水溶液、氢氧化钾水溶液、碳酸钠水溶液、碳酸氢钠水溶液、碳酸钾水溶液、碳酸氢钾水溶液等或其任意组合；优选为氨水、氢氧化钠水溶液、氢氧化钾水溶液。所用碱性试剂的浓度可为0.1～5mol/L，优选为0.1～2mol/L。

在水热反应前，用碱预处理水热反应的前驱体，随后的水热反应的反应温度低、反应可以一步完成，收率高。而且得到的掺杂二氧化钒颗粒的尺寸和形貌可以控制在规定范围内。

本发明还提供一种包含上述二氧化钒粉体的二氧化钒分散液。其中，分散液的粉体的固含量可调，例如二氧化钒粉体的量可以为0.0001～500g/L，优选为0.1g/L。

本发明还提供一种二氧化钒薄膜，其由上述二氧化钒分散液涂覆于合适的基体制得。所述的二氧化钒薄膜透过率可调，相变温度可调，吸收边向短波长移动。例如，所述二氧化钒薄膜的可见光太阳能积分透过率为20%～85%。所述二氧化钒薄膜的Mott相变温度在10℃～68℃的范围内可调。所述二氧化钒薄膜的吸收边向短波长移动10nm～100nm。

本发明提供的二氧化钒薄膜可应用于在制备节能减排设备或能源信息设备中，例如用于热致变色薄膜、节能涂料、节能油漆、智能节能玻璃幕墙、温控装置（例如太阳能温控装置）以及节能涂层。例如，适用于直接制造节能玻璃，也可以用于对现有的普通玻璃进行改造，还可以应用于既有建筑、车船等表面的节能改造。本发明的二氧化钒粉体还可应用于能源信息设备，包括微型光电开关器件、热敏电阻、电池材料和光信息存储器件等。

采用本发明的掺杂二氧化钒粉体制备的节能薄膜，工艺简单，成本低，应用广泛，并且具有可与他法（如溅射法和化学镀膜法）相比拟或更优的光谱特性。

附图说明

图1为实施例1制得的无掺杂二氧化钒粉体和实施例2制得的镁掺杂二氧化钒粉体的XRD图谱；

图2为实施例2制得的镁掺杂二氧化钒粉体的透射电镜图样；

图3为实施例3制得的镁掺杂二氧化钒粉体的透射电镜图样；

图4为实施例4制得的镁掺杂二氧化钒粉体的透射电镜图样；

图5为实施例5制得的镁掺杂二氧化钒粉体的透射电镜图样；

图6为实施例6制得的铝掺杂二氧化钒粉体的透射电镜图样；

图7为实施例1制得的无掺杂二氧化钒粉体和实施例2制得的镁掺杂二氧化钒粉体的DSC曲线；

图8为实施例10制得的由镁掺杂二氧化钒粉体制备出的薄膜的透过率曲线。

具体实施方式

以下结合附图及下述具体实施方式进一步说明本发明，应理解，下述实施方式和/或附图仅用于说明本发明，而非限制本发明。

本发明提供镁或铝掺杂二氧化钒粉体的水热制备技术，具体地说本发明给出了溶液中制备镁或铝掺杂的二氧化钒纳米粉体的方法，该粉体具有高的可见光透过率和良好的高低温红外调控性能，同时能够降低金红石相氧化钒相变温度，并制备出掺杂二氧化钒粉体的分散液，可应用于智能窗、柔性贴膜，光电开关、热敏电阻以及光信息存储与隔热涂料等领域。

首先，提供一种掺杂二氧化钒粉体，该掺杂二氧化钒粉体的化学组成为V_1-xM_xO₂，式中，0<x≤0.5，优选0.005≤x≤0.3，更优选，0.03≤x≤0.1，此外，0.005≤x≤0.025也是优选的，M为掺杂元素，且掺杂元素能够控制所述掺杂二氧化钒粉体尺寸和形貌，并最终表现出良好的光学性能和降低相变温度。

本掺杂所使用的粉体可以是镁（Mg），铝（Al）及其附近的离子进行掺杂，优选的为镁掺杂。所制备的掺杂粉体的颗粒大小5nm到1μm不等，晶型稳定，为金红石相二氧化钒粉体。粉体的形貌可以是棒状、颗粒状等。

本发明可以使用四价钒离子的盐作为钒源，例如硫酸氧钒（VOSO₄）、二氯氧钒（VOCl₂）和草酸氧钒五水合物（VOC₂O₄·5H₂O）等钒的四价盐。

本发明所使用的钒源还可以是五价钒如五氧化钒，偏钒酸铵等，其还原剂可以是草酸，甲醇、葡萄糖，甲醛，甲酸等其中的一种或者几种还原剂。

本发明所使用的钒源还可以是三价钒，例如硫酸钒（V₂(SO₄)₃）。其经氧化剂处理可得到四价钒。

以五价盐和还原剂为前驱物的反应，可以将掺杂试剂直接加入；或者以四价盐为前驱物经过碱性溶液滴定的悬浊液为前驱物，加入掺杂试剂；或者使用四价盐和掺杂试剂共同由碱滴定得到的悬浊液或者沉淀物为前驱物进行反应。

作为滴定用的碱性试剂可以采用氨水、氢氧化钠水溶液、氢氧化钾水溶液、碳酸钠水溶液、碳酸氢钠水溶液、碳酸钾水溶液、碳酸氢钾水溶液等或其任意组合；优选为氨水、氢氧化钠水溶液、氢氧化钾水溶液。优选采用0.1～2mol/L的碱性试剂是有利的。滴定完成时，悬浊液的pH值通常为2～12，所用的碱性试剂的量为能形成悬浊液的量。滴定以出现悬浊液作为滴定终点，容易观察和控制，无需额外设备。

二氧化钒中掺杂的元素可以是镁、也可以是铝等用于调控二氧化钒相变温度和光学性能的金属，但应理解也可以是元素周期表中镁铝附近的元素。具体地，可以采用镁的化合物或者单质，也可以采用铝的化合物或者单质。镁的化合物包括氧化镁、氯化镁、氢氧化镁、硝酸镁、硫酸镁、氟化镁、氮化镁中的一种或者几种。铝的化合物包括氧化铝、氯化铝、氢氧化铝、硝酸铝、硫酸铝中的一种或者几种。采用这些掺杂元素，可以控制掺杂二氧化钒粉体尺寸和形貌，同时调控二氧化钒的相变温度和改变二氧化钒的光学性能。掺杂试剂中的掺杂元素与四价钒离子水溶液的摩尔比可以根据掺杂元素的掺杂量来确定，在本发明中例如可以选择1:1000～1:1。

水热反应温度可以为160～400℃，优选为200～350，更优选为250～300℃。在这些温度范围内，温度越高越有利于金红石相二氧化钒的生成。水热反应时间可以为0.1～96小时，可以随着反应温度进行调整，优选为4～60小时。本领域技术人员可以理解可以根据投料量来选择合适的反应釜，通常水热反应填充比可以为50～90%。

水热反应产物分离和干燥可采用离心干燥，但应理解也可采用冷冻干燥等其他可以干燥粉体的方法。

本发明制得的掺杂二氧化钒粉体具有单一的化学组成，通过X射线衍射(XRD)确定其晶型均为单一的二氧化钒M相结构。通过透射电镜（TEM）观测本实施方式制备所得掺杂二氧化钒粉体的形状和粒径，本实施方式制备的掺杂二氧化钒粉体为颗粒状或短棒状（参见图2～6），尺寸主要集中在5nm～1μm之间，尤其是10nm～200之间。

本发明还提供包含一种上述掺杂二氧化钒粉体的分散液，其分散液可以是水性，也可以是油性，其粉体的固含量在0.1%到50%（0.0001～500g/L）。将掺杂二氧化钒粉体研磨分散于水中，搅拌中加分散剂，例如聚乙烯吡咯烷酮，搅拌、超声30min～2h，可以制得二氧化钒分散液。本发明的掺杂二氧化钒粉体在水中和分散剂中均显示了非常好的分散性。将制得分散液涂覆于基体，例如玻璃基板、干燥后制得二氧化钒薄膜。本发明制得的掺杂二氧化钒薄膜的可见光透过率高，其可见光太阳能积分透过率为20%～85%。例如参见图8，其示出一个未掺杂二氧化钒薄膜和掺杂镁二氧化钒薄膜示例分别于25℃与90℃下测定的透过率，其中的L代表低温25℃测试的薄膜透过率与波长之间的关系曲线（曲线a和d），H代表高温90℃测试的光学透过率与波长之间的关系曲线（曲线b和c），从图中可以看出无论是在高温还是低温下，相对未掺杂的二氧化钒薄膜，掺杂镁的二氧化钒薄膜的可见光透过率均有提高。应理解，还可以将分散液涂覆于其他合适的基体以制备薄膜，合适的基体包括塑料基板、硅基板以及金属基板。这样可以应用于热致变色薄膜、节能涂料、节能油漆、智能节能玻璃幕墙、温控装置（例如太阳能温控装置）以及节能涂层。例如，适用于直接制造节能玻璃，也可以用于对现有的普通玻璃进行改造，还可以应用于既有建筑、车船等表面的节能改造。本发明的二氧化钒粉体还可应用于能源信息设备，包括微型光电开关器件、热敏电阻、电池材料和光信息存储器件等。

本发明与现有其他元素掺杂的二氧化钒粉体相比，具有以下几个优点：

1．可见光透过率超过50%，同时太阳光调控能力大于10%；

2．吸收边发生蓝移，蓝移15～40nm，膜的颜色变浅；

3．相变温度随掺杂量的增加而降低且相变温度降低可调。

应理解，本发明详述的上述实施方式，及以下实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，本领域的技术人员根据本发明的上述内容作出的一些非本质的改进和调整均属于本发明的保护范围。下述示例具体的反应温度、时间、投料量等也仅是合适范围中的一个示例，即、本领域技术人员可以通过本文的说明做合适的范围内选择，而并非要限定于下文示例的具体数值。采用的原料、试剂可以通过购买市售原料或传统化学转化方式合成制得。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件，例如是《贝尔斯坦有机化学手册》(化学工业出版社，1996年)中的条件，或按照制造厂商所建议的条件。比例和百分比基于摩尔质量，除非特别说明。除非另有定义或说明，本文中所使用的所有专业与科学用语与本领域技术熟练人员所熟悉的意义相同。此外任何与所记载内容相似或等同的方法及材料皆可应用于本发明方法中。本发明的其他方面由于本文的公开内容，对本领域的技术人员而言是容易理解的。

实施例1

首先配制含0.001mol/L的五氧化二钒溶液80ml，加入0.001g草酸并搅拌成均一的溶液。将溶液放入反应釜中加入上述溶液并密封。于240℃反应24h冷却后取出，离心干燥得到二氧化钒粉体，其化学式为VO₂。如图1XRD谱图所示其晶相为M相。该实施例制得的二氧化钒粉体的尺寸为50nm，相变温度为68℃。

实施例2

首先配制含0.001mol/L的五氧化二钒溶液80ml，加入0.005g草酸并搅拌成均一的溶液。向溶液中加入2.67mg的MgNO₃·6H₂O，搅拌均匀，将上述溶液放入反应釜中加入上述溶液并密封。于240℃反应24h冷却后取出，离心干燥得到二氧化钒粉体，其化学式为V_1.94Mg_0.06O₂。如图1XRD谱图所示其晶相为M相，如图2TEM照片所示，制得的二氧化钒粉体也为短棒状，尺寸为10-300nm。该实施例制得的二氧化钒粉体的相变温度为55℃。

实施例3：

首先配制含0.001mol/L的硫酸氧钒溶液80ml，使用氢氧化钾滴定到出现悬浊液。向溶液中加入5.33mg的MgNO₃·6H₂O，搅拌均匀，将上述溶液放入反应釜中加入上述溶液并密封。于240℃反应16h，冷却后取出即可；离心干燥得到二氧化钒粉体，其化学式为V_1.9Mg_0.1O₂。如图3TEM照片所示，制得的二氧化钒粉体也为短棒状，尺寸为10-200nm。该实施例制得的二氧化钒粉体的晶相为M相，相变温度为50℃。

实施例,4

首先配制含0.002mol/L的硫酸氧钒溶液80ml，使用氢氧化钾滴定到出现悬浊液。向溶液中加入20mg的MgNO₃·6H₂O，搅拌均匀，将上述溶液放入反应釜中加入上述溶液并密封。于240℃反应20h，冷却后取出，离心干燥得到二氧化钒粉体，其化学式为V_1.87Mg_0.13O₂。如图4TEM照片所示，制得的二氧化钒粉体为颗粒状，尺寸为30-200nm。该实施例制得的二氧化钒粉体的晶相为M相，相变温度为49℃。

实施例5

首先配制含0.002mol/L的硫酸氧钒溶液80ml，向溶液中加入20mg的MgNO₃·6H2O，搅拌均匀使用氢氧化钾滴定到出现悬浊液，将上述溶液放入反应釜中加入上述溶液并密封。于240℃反应20h，冷却后取出，离心干燥得到掺杂二氧化钒粉体。如图5TEM照片所示，制得的二氧化钒粉体为颗粒状，尺寸为100nm。该实施例制得的二氧化钒粉体的晶相为M相，相变温度为55℃。

实施例6

首先配制含0.002mol/L的二氯氧钒溶液80ml，使用氢氧化钾滴定到出现悬浊液。向溶液中加入20mg的Al₂O₃，搅拌均匀，将上述溶液放入反应釜中加入上述溶液并密封。于240℃反应20h，冷却后取出，离心干燥得到掺杂二氧化钒粉体V_1.87Al_0.13O₂。如图6所示，尺寸为80nm。该实施例制得的二氧化钒粉体的晶相为M相，相变温度为60℃。

实施例7

首先配制含0.002mol/L的二氯氧钒溶液80ml，使用氢氧化钾滴定到出现悬浊液。向溶液中加入2mg的Al₂O₃，搅拌均匀，将上述溶液放入反应釜中加入上述溶液并密封。于240℃反应24h，冷却后取出，离心干燥得到掺杂二氧化钒粉体V_1.99Al_0.01O₂，尺寸为100nm。该实施例制得的二氧化钒粉体的晶相为M相，相变温度为60℃。

实施例8

首先配制含0.002mol/L的二氯氧钒溶液80ml，使用氢氧化钾滴定到出现悬浊液。向溶液中加入0.5mg的Al₂O₃，搅拌均匀，将上述溶液放入反应釜中加入上述溶液并密封。于250℃反应20h，冷却后取出，离心干燥得到掺杂二氧化钒粉体V_1.97Al_0.03O₂，尺寸为90nm。该实施例制得的二氧化钒粉体的晶相为M相，相变温度为64℃。

实施例9

将0.1g实施例2所制备的二氧化钒粉体研磨后放入含100ml水的小烧杯内，并不断搅拌，加入0.05g聚乙烯吡咯烷酮K-30，搅拌30min后超声60min，制得分散液。

实施例10

将所得分散液涂覆于衬底上（如PET柔性膜，并不限于柔性膜，玻璃等），再于室温或者烘箱中干燥后，即可制得二氧化钒薄膜。

将上述制得的薄膜于25℃与90℃分别测定其透过率，范围在250nm到2600nm范围内，其测试结果见附图8。其中的L代表低温25℃测试的薄膜透过率与波长之间的关系曲线，H代表高温90℃测试的光学透过率与波长之间的关系曲线。

产业应用性：本发明的二氧化钒粉体、分散液可以广泛应用于节能减排设备，例如节能薄膜、节能涂料、太阳能温控装置；或能源信息设备，例如，微型光电开关器件、热敏电阻、电池材料和光信息存储器件。本发明的制备二氧化钒粉体的方法，工艺简单、成本低、收率高，适合规模生产。

Claims (12)

1.一种掺杂二氧化钒粉体，其特征在于，所述掺杂二氧化钒粉体的化学组成为V_1-xM_xO₂，0<x≤0.5，其中M为掺杂元素，所述掺杂元素M是Mg或Al，且所述掺杂元素M用于改善所述掺杂二氧化钒粉体的光学性能和调节所述掺杂二氧化钒粉体的相变温度。

2.根据权利要求1所述的掺杂二氧化钒粉体，其特征在于，0<x≤0.5。

3.根据权利要求2所述的掺杂二氧化钒粉体，其特征在于，0.005≤x≤0.3。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的掺杂二氧化钒粉体，其特征在于，所述掺杂二氧化钒粉体为棒状或颗粒状。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的掺杂二氧化钒粉体，其特征在于，所述掺杂二氧化钒粉体的尺寸为在5nm～1μm之间可调。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的掺杂二氧化钒粉体，其特征在于，所述掺杂二氧化钒粉体的晶相为金红石相。

7.一种权利要求1至6中任一项所述的掺杂二氧化钒粉体的制备方法，其特征在于，包括：按照化学计量比将掺杂试剂加入至含四价钒的前驱体液中，搅拌均匀，于160～400℃下水热反应0.01～96小时。

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述水热反应的温度为200～250℃，所述水热反应时间为16～48小时。

9.一种二氧化钒薄膜，其特征在于，所述二氧化钒薄膜由含有权利要求1～6中任一项所述的二氧化钒粉体的分散液涂覆于基体制得。

10.根据权利要求9所述的二氧化钒薄膜，其特征在于，所述二氧化钒薄膜的可见光太阳能积分透过率为20%～85%。

11.根据权利要求9或10所述的二氧化钒薄膜，其特征在于，所述二氧化钒薄膜的Mott相变温度在10℃～68℃的范围内可调。

12.根据权利要求9～11中任一项所述的二氧化钒薄膜，其特征在于，所述二氧化钒薄膜的吸收边向短波长移动10nm～100nm。