CN109626425B - 一种纳米线状Na1.1V3O7.9材料、其制备方法及用途 - Google Patents

一种纳米线状Na1.1V3O7.9材料、其制备方法及用途 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种纳米线状Na1.1V3O7.9材料、其制备方法及用途，该制备方法包含以下步骤：步骤1：将NaNO3加热熔融；步骤2：将VCl3加入到熔融的NaNO3中，搅拌均匀，保温，使得反应完全；步骤3：冷却至室温，反应产物经洗涤、离心和干燥后，制得纳米线状Na1.1V3O7.9材料。本发明提供的方法具有原料廉价易得，制备过程简单，生产成本低，制得的Na1.1V3O7.9材料微观粒子形貌可控且纳米线分布均匀的优点，且全过程无副产品出现，绿色节能，环保高效。所制得的材料为层状结构的正交晶系，且具有较大比表面积，气体分子可以轻易的进入到各层之间，适用于气敏传感器用敏感材料以及锂离子电池的电极材料。

Description

一种纳米线状Na1.1V3O7.9材料、其制备方法及用途
技术领域
本发明涉及纳米材料制备技术领域，具体涉及一种纳米线状Na1.1V3O7.9材料、其制备方法及用途。
背景技术
目前，由于医疗、环境保护、食品检测和工业安全监控等方面的需要，能够实时检测有毒气体和易燃气体的气敏传感器受到了很多关注。在气敏传感领域，基于不同的气敏传感原理，有多种气体传感探测方法。其中，当所探测的目标气体出现后，由于电子交换和化学反应的原因，材料的电阻发生变化，进而被探测出来，是比较简单方便的一种气敏传感方法，而且易与半导体工艺结合，集成到探测芯片中去。
过渡金属氧化物作为电阻变化型气敏材料被应用于气敏传感器，如ZnO、 SnO2、Fe2O3、TiO2、WO3、Cu2O、NiO等，其中钒氧化物是很有前途的一类气体敏感材料，例如VO2，V2O5等。因为其晶体结构属于层状结构的正交晶系，气体分子可以轻易的进入到各层之间。其中，V2O5对乙醇、有机胺类、氦气有较好的气敏特性。传统的氧化物气敏传感器都是基于单晶、多晶、薄膜和粉末等结构。随着技术的进步，纳米线、纳米带、纳米管等纳米结构的氧化物材料，由于其较大的比表面积，能有效的提高气体探测的灵敏度，越来越受到重视。例如：V2O5纳米带对乙醇气体表现出较好的选择性和稳定性； V2O5纳米线表现出对氦气的气敏特性。
但基于钒氧化物的气敏传感器，良好的气敏特性往往是在150℃以上的温度获得，在室温下获得良好的气敏特性，是更加方便、安全和节能的。
目前，钒氧化物的制备方法主要有电沉积法、溶胶-凝胶法和水热法等，其中水热法最为成熟。制备钒氧化物的方法很多，例如：公开号为 CN102826603A的中国专利采用二氧化钒粉体为钒源，在硝酸水溶液中水热反应得到五氧化二钒纳米线，长约10～60μm，直径为10～50nm，但是其水热温度为140～250℃，温度较高；公开号为CN108288701A的中国专利利用二氧化钒粉体为钒源，分别在草酸和氢氧化钠水溶液中水热反应得到 Na1.1V3O7.9和复相Na1.1V3O7.9/NaV6O15材料，但是其水热反应时间较长，需要 24h。
上述方法制备的钒氧化物大都选用水热法，存在水热温度过高，反应时间过长，反应产物产率低等缺点。而且上述制备方法工序复杂，条件要求高，可操作性差。
发明内容
本发明的目的是提供一种纳米线状Na1.1V3O7.9材料、其制备方法及用途，以简化制备过程，降低制备工艺要求，为量产提供可能性，实现节能环保。
为达到上述目的，本发明提供了一种纳米线状Na1.1V3O7.9材料的制备方法，包含以下步骤：
步骤1：将NaNO3加热熔融；
步骤2：将VCl3加入到熔融的NaNO3中，搅拌均匀，保温，使得反应完全；
步骤3：冷却至室温，反应产物经洗涤、离心和干燥后，制得纳米线状 Na1.1V3O7.9材料。
上述的纳米线状Na1.1V3O7.9材料的制备方法，其中，步骤1中，NaNO3的加热温度为300-380℃。
上述的纳米线状Na1.1V3O7.9材料的制备方法，其中，步骤2中，保温时间为1-10min。
上述的纳米线状Na1.1V3O7.9材料的制备方法，其中，NaNO3和VCl3的质量比为50:1。
本发明还提供了一种采用上述的方法制备的纳米线状Na1.1V3O7.9材料。
本发明进一步提供了一种上述的纳米线状Na1.1V3O7.9材料的用途，其用于制备气敏传感器的敏感材料。
本发明更进一步提供了一种上述的纳米线状Na1.1V3O7.9材料的用途，其用于制备锂离子电池的电极材料。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
本发明提供的方法具有原料廉价易得，制备过程简单，生产成本低，制得的Na1.1V3O7.9材料微观粒子形貌可控且纳米线分布均匀的优点，且全过程无副产品出现，绿色节能，环保高效。所制得的材料为层状结构的正交晶系，且具有较大比表面积，气体分子可以轻易的进入到各层之间，适用于气敏传感器用敏感材料以及锂离子电池的电极材料。
附图说明
图1为实施例1制得的纳米线状Na1.1V3O7.9材料的XRD谱图；
图2a为实施例2制得的纳米线状Na1.1V3O7.9材料在比例尺1微米下的 SEM照片；
图2b为实施例2制得的纳米线状Na1.1V3O7.9材料在比例尺100纳米下的 SEM照片；
图3a为实施例1制得的纳米线状Na1.1V3O7.9材料作为气敏传感器敏感材料的性能分析图；
图3b为实施例2制得的纳米线状Na1.1V3O7.9材料作为气敏传感器敏感材料的性能分析图；
图3c为实施例3制得的纳米线状Na1.1V3O7.9材料作为气敏传感器敏感材料的性能分析图；
图4为在最佳工作温度(480℃)条件下实施例1-3制得的Na1.1V3O7.9对不同浓度乙醇气体的灵敏度数据图。
具体实施方式
以下结合附图通过具体实施例对本发明作进一步的描述，这些实施例仅用于说明本发明，并不是对本发明保护范围的限制。
实施例1
首先将马弗炉从室温升至320℃，然后将5g NaNO3放入马弗炉中，保温 10min，使得NaNO3熔融，然后将0.1g VCl3加入已经熔融的NaNO3中，保温1-2min，自然冷却至室温，经洗涤，离心，干燥后，即得纳米线状Na1.1V3O7.9材料，呈纳米线状。
实施例2
首先将马弗炉从室温升至350℃，然后将5g NaNO3放入马弗炉中，保温 10min，使得NaNO3熔融，然后将0.1g VCl3加入已经熔融的NaNO3中，搅拌均匀，使得反应完全，保温1-10min，自然冷却至室温，经洗涤、离心和干燥后，即得纳米线状Na1.1V3O7.9材料。
本实施例所制备的纳米线状Na1.1V3O7.9材料的XRD谱图如图1所示，其衍射峰均对应于Na1.1V3O7.9(Ref.Code 00-045-0498)，在12.8°时对应(002) 晶面、28.0°时对应(400)晶面、29.8°时对应(222)晶面、50.8°时对应 (603)晶面。说明Na1.1V3O7.9结晶程度比较好且物质纯度较高。
本实施例所制备的纳米线状Na1.1V3O7.9材料进行扫描电子显微镜(SEM 测试)，图2a表示在350℃条件下焙烧后的低倍率(比例尺1微米)SEM照片，图2b表示在350℃条件下焙烧后的高倍率(比例尺100纳米)SEM照片。由SEM图可以看出该Na1.1V3O7.9材料具有明显而有序的纳米线结构，且形成了均匀分布的纳米线簇，增大了物质的比表面积，气体分子可以轻易的进入到各层之间，大大增加了该物质对于气体的感知作用。
实施例3
首先将马弗炉从室温升至380℃，然后将5g NaNO3放入马弗炉中，保温 10min，使得NaNO3熔融，然后将0.1g VCl3加入已经熔融的NaNO3中，保温1-2min，自然冷却至室温，经洗涤，离心，干燥后，即得纳米线状Na1.1V3O7.9材料，呈纳米线状。
实施例1-实施例3所制备的纳米线状Na1.1V3O7.9材料作为气敏传感器敏感材料在气敏性能的性能测试部分如图3a-图3c和图4表示，图3a-图3c表示不同熔融制备温度条件下所得Na1.1V3O7.9在不同工作温度下对100ppm乙醇的瞬时响应数据图，其中图3a表示制备温度320℃条件下Na1.1V3O7.9在不同工作温度(340℃、370℃、400℃、440℃、480℃)下对100ppm乙醇的瞬时响应数据图；图3b表示制备温度350℃条件下Na1.1V3O7.9在不同工作温度(340℃、370℃、400℃、440℃、480℃)下对100ppm乙醇的瞬时响应数据图；图3c表示制备温度380℃条件下Na1.1V3O7.9在不同工作温度(340℃、 370℃、400℃、440℃、480℃)下对100ppm乙醇的瞬时响应数据图。从瞬时响应图中可直观的发现，不同制备温度条件下得到的Na1.1V3O7.9在480℃工作温度条件下都具有最佳的灵敏度。图4表示在最佳工作温度(480℃)条件下Na1.1V3O7.9对不同浓度乙醇气体的灵敏度数据图，从图中可以看出， Na1.1V3O7.9对不同浓度乙醇气体的响应灵敏度随乙醇浓度的升高先增大后减小，其中，350℃烧结温度条件下所得到的Na1.1V3O7.9最明显，在乙醇浓度 400ppm灵敏度最大达到3左右。故而，采用本发明所提供的方法所制备的纳米线状Na1.1V3O7.9材料经检测具有优良的气体感知性能，适用于气敏传感器。
由于实施例1-3所制得的Na1.1V3O7.9材料为层状结构的正交晶系，且具有较大比表面积，气体分子可以轻易的进入到各层之间，所以该Na1.1V3O7.9材料同样适用于制备锂离子电池的电极材料，以提高锂离子电池的各项性能。
综上所述，本发明提供的方法具有原料廉价易得，制备过程简单，生产成本低，制得的Na1.1V3O7.9材料微观粒子形貌可控且纳米线分布均匀的优点，且全过程无副产品出现，绿色节能，环保高效。所制得的材料为层状结构的正交晶系，且具有较大比表面积，气体分子可以轻易的进入到各层之间，适用于气敏传感器用敏感材料以及锂离子电池的电极材料。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (4)

1.一种纳米线状Na1.1V3O7.9材料的制备方法，其特征在于，包含以下步骤：
步骤1：将NaNO3加热熔融；
步骤2：将VCl3加入到熔融的NaNO3中，搅拌均匀，保温，使得反应完全；
步骤3：冷却至室温，反应产物经洗涤、离心和干燥后，制得纳米线状Na1.1V3O7.9材料。
2.如权利要求1所述的纳米线状Na1.1V3O7.9材料的制备方法，其特征在于，步骤1中，NaNO3的加热温度为300-380℃。
3.如权利要求1所述的纳米线状Na1.1V3O7.9材料的制备方法，其特征在于，步骤2中，保温时间为1-10min。
4.如权利要求1所述的纳米线状Na1.1V3O7.9材料的制备方法，其特征在于，NaNO3和VCl3的质量比为50:1。
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