專利名稱：一種納米帶狀V₂O₅的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于納米材料制備領(lǐng)域，特別涉及一種簡單低溫水熱反應(yīng)制備納米帶狀五
氧化二釩的方法。
背景技術(shù)：
氧化釩是一種重要的功能材料，釩的多價態(tài)，其氧化物VOx具有多功能氧化還原依 賴性，在催化、電致變色及電化學(xué)方面具有廣泛應(yīng)用。五氧化二釩納米帶是由V2O5形成的寬 度均勻、較長的一維結(jié)構(gòu)。五氧化二釩納米材料由于兼具納米材料尺寸上的特征和五氧化 二釩的特性，可以用作傳感器、自旋電子器件和納米光刻模板及高容量電極材料等。釩氧化物納米結(jié)構(gòu)，主要通過溶膠_凝膠、模板法、水熱和溶劑熱四種方法合成。 在1885年，Ditte首次報道在鉬坩鍋中加熱NH4VO3,隨后與熱的HNO3溶液反應(yīng)，之后與H2O 混合，制成紅色V2O5溶膠。接著，又發(fā)現(xiàn)VOCl3水溶液在加熱條件下產(chǎn)生V2O5溶膠。另外， 800°C加熱釩氧化物獲得熔融物高溫下直接傾入水中產(chǎn)生V2O5凝膠。模板法比較復(fù)雜，主要 以含孔膜為模版，合成具有特定結(jié)構(gòu)的納米材料。水熱及溶劑熱合成是另一種有效的合成 方法，反應(yīng)溫度和體系PH值的變化，溶劑濃度，模板和添加劑的引入和移除，反應(yīng)釜系數(shù)的 選擇等等，形成具有納米尺寸的形貌。本發(fā)明使用偏釩酸銨作為釩源，實現(xiàn)了較低溫度水熱條件下生長納米帶狀五氧化二釩。

發(fā)明內(nèi)容
為了彌補現(xiàn)有技術(shù)的缺點與不足，本發(fā)明的首要目的在于提供一種納米帶狀V2O5 的制備方法；該方法成本低，制備工藝簡單。本發(fā)明的另一目的在于提供上述方法制備的納米帶狀V205。本發(fā)明的又一目的在于提供上述納米帶狀V2O5的應(yīng)用。本發(fā)明的目的通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)一種納米帶狀V2O5的制備方法，包括以下 各步驟(1)將表面活性劑溶于二次去離子水中，得到濃度為0. 001 0. OlM的溶液1 ；(2)將NH4VO3粉末加入到步驟⑴所得溶液1中，攪拌至溶解，得到濃度為 14. 2mM 428mM 的溶液 2 ；(3)將還原劑按體積比1 5 1 10加入步驟(2)所得溶液2中，攪拌，轉(zhuǎn)入反 應(yīng)釜中，在160°C 180°C條件下進(jìn)行水熱反應(yīng)12 24h，干燥，得到NH4V4Oltl沉淀；(4)將干燥后的沉淀于空氣氛圍中以溫度300°C 500°C加熱1 3h，得納米帶狀 V2Op步驟(1)所述表面活性劑為Pluronic P123,Pluronic F127或十六烷基三甲基溴 化銨(CTAB)。步驟(3)所述還原劑為異丙醇。
步驟(3)所述反應(yīng)釜為聚四氟乙烯內(nèi)襯反應(yīng)釜。步驟(3)所述攪拌的時間為2 IOmin。步驟(3)所述干燥的溫度為50 100°C。一種根據(jù)上述方法制備的納米帶狀V205。上述納米帶狀V2O5應(yīng)用于制備傳感器、自旋電子器件、納米光刻模板或高容量電 極材料。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下的優(yōu)勢使用本發(fā)明制備納米帶狀五氧化二釩， 低溫下進(jìn)行，成本低，制備工藝簡單，實驗周期短，重復(fù)性好，產(chǎn)物耐高溫；由于釩具有多價 態(tài)，其氧化物VOx具有多功能氧化還原依賴性，在催化、電致變色及電化學(xué)方面具有廣泛應(yīng) 用本發(fā)明所制納米帶狀V2O5可應(yīng)用于傳感器、自旋電子器件和納米光刻模板及高容量電極 材料等領(lǐng)域，并在制備電學(xué)與光學(xué)開關(guān)方面有著巨大的應(yīng)用潛力。


圖1是納米帶狀V2O5的掃描電子顯微鏡照片SEM圖；其中(a)為實施例1所得納 米帶狀V2O5的SEM圖，圖(b)為實施例3所得納米帶狀V2O5的SEM圖，圖(c)為實施例4所 得納米帶狀V2O5的SEM圖。圖2是納米帶狀V2O5的循環(huán)伏安曲線圖，其中a為實施例1所得納米帶狀V2O5的 循環(huán)伏安曲線圖，b為實施例3所得納米帶狀V2O5的循環(huán)伏安曲線圖，圖c為實施例4所得 納米帶狀V2O5的循環(huán)伏安曲線圖。圖3納米帶狀V2O5的XRD圖，其中a為實施例1所得納米帶狀V2O5的XRD圖，b為 實施例3所得納米帶狀V2O5的XRD圖，c為實施例4所得納米帶狀V2O5的XRD圖。
具體實施例方式下面結(jié)合具體的實例與附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的敘述，但本發(fā)明的實施方法 靈活，不僅僅限于此例所述的具體操作方式。實施例1(1)將表面活性劑Pluronic P123溶于二次去離子水中，得到濃度為0. OlM的溶液 1 ；(2)向步驟⑴所得溶液1中加入NH4VO3粉末，攪拌至溶液溶解呈淡黃色，得到濃 度為14. 2mM的溶液2 ；(3)向36ml步驟⑵所得溶液2中加入4ml還原劑異丙醇，攪拌IOmin后，轉(zhuǎn)入聚 四氟乙烯的內(nèi)襯反應(yīng)釜中，在160°C保持24h，冷卻至室溫，抽濾，用水和乙醇洗滌6次，600C 干燥，得到墨綠色NH4V4Oltl沉淀；(4)將墨綠色NH4V4Oltl沉淀于空氣氛圍中以溫度400°C加熱2h，得到橘黃色V2O5材 料(S-I)。對產(chǎn)品S-I進(jìn)行電子顯微鏡掃描，得到掃描電子顯微鏡照片SEM圖，如圖1(a)所 示，V2O5納米帶呈放射排列，分散良好，類似花瓣。以產(chǎn)品S-I為工作電極，鉬片為輔助電極，SCE為參比電極，lMLiC104/EC/DMC為電 解液，組成三電極體系進(jìn)行電化學(xué)性能測試。循環(huán)伏安曲線圖如圖2a所示，循環(huán)伏安掃描速率為lmV/s，掃描區(qū)間為-1.5V IV，單電極比電容為336F/g。對產(chǎn)品S-I進(jìn)行X射線衍射測定，XRD圖如圖3a所示，在2 θ = 15. 5，20. 4，21. 7， 26. 3,31. 1,34. 4,41. 47° 分別對應(yīng)于 V2O5 (020)，(001)，(011)，(110)，(040)，(130)，(002) (JCPDS No. 85-0601)衍射晶面。實施例2(1)將表面活性劑Pluronic Ρ123溶于二次去離子水中，得到濃度為0. OOlM的溶 液1 ；(2)向步驟⑴所得溶液1中加入NH4VO3粉末，攪拌至溶液溶解呈淡黃色，得到濃 度為428mM的溶液2 ；(3)向32ml步驟⑵所得溶液2中加入4ml還原劑異丙醇，攪拌2min后，轉(zhuǎn)入聚 四氟乙烯的內(nèi)襯反應(yīng)釜中，在180°C保持12h，冷卻至室溫，抽濾，水和乙醇洗滌6次，50°C干 燥，得到墨綠色NH4V4Oltl沉淀；(4)將墨綠色NH4V4Oltl沉淀于空氣氛圍中以溫度400°C加熱2h，得到橘黃色V2O5材 料(S-2)，其結(jié)構(gòu)、性質(zhì)及形貌如S-1，呈放射排列，分散良好，類似花瓣。水熱反應(yīng)溫度在 160°C 180°C之間時，產(chǎn)物一致。實施例3(1)將表面活性劑Pluronic P123溶于二次去離子水中，得到濃度為0. 005M的溶 液1 ；(2)向步驟⑴所得溶液1中加入NH4VO3粉末，攪拌至溶液溶解呈淡黃色，得到濃 度為30mM的溶液2 ；(3)向40ml步驟⑵所得溶液2中加入4ml還原劑異丙醇，攪拌Smin后，轉(zhuǎn)入聚 四氟乙烯的內(nèi)襯反應(yīng)釜中，在160°C保持15h，冷卻至室溫，抽濾，水和乙醇洗滌6次，IOO0C 干燥，得墨綠色NH4V4Oltl沉淀；(4)將墨綠色NH4V4Oltl沉淀于空氣氛圍中以溫度300°C加熱3h，得到黃綠色 V3O7 · H2O 材料(S-3)。對產(chǎn)品S-3進(jìn)行電子顯微鏡掃描，得到掃描電子顯微鏡照片SEM圖，如圖1(b)所 示，V3O7 · H2O納米帶呈放射排列，分散良好，類似花瓣。以產(chǎn)品S-3為工作電極，鉬片為輔助電極，SCE為參比電極，lMLiC104/EC/DMC為電 解液，組成三電極體系進(jìn)行電化學(xué)性能測試。循環(huán)伏安曲線圖如圖2b所示，循環(huán)伏安掃描 速率為lmV/s，掃描區(qū)間為-1.5V IV，單電極比電容為313F/g。對產(chǎn)品S-3進(jìn)行X射線衍射測定，XRD圖如圖3b所示，在2 θ = 15.5, 20. 4，21. 7， 26. 3,31. 1,34. 4,41. 47° 分別對應(yīng)于 V2O5 (020)，(001)，(011)，(110)，(040)，(130)，(002) (JCPDS No. 85-0601)衍射晶面。實施例4(1)將表面活性劑Pluronic Ρ123溶于二次去離子水中，得到濃度為0. 008Μ的溶 液1 ；(2)向步驟⑴所得溶液1中加入NH4VO3粉末，攪拌至溶液溶解呈淡黃色，得到濃 度為IOOmM的溶液2 ；(3)向20ml步驟(2)所得溶液2中加入4ml還原劑異丙醇，攪拌5min后，轉(zhuǎn)入聚四氟乙烯的內(nèi)襯反應(yīng)釜中，在160°C保持18h，冷卻至室溫，抽濾，水和乙醇洗滌6次，80°C干 燥，得墨綠色NH4V4Oltl沉淀；(4)將墨綠色NH4V4Oltl沉淀于空氣氛圍中以溫度500°C加熱lh，得到橘紅色V2O5材 料(S-4)。對產(chǎn)品S-4進(jìn)行電子顯微鏡掃描，得到掃描電子顯微鏡照片SEM圖，如圖1(c)所 示，經(jīng)50(TC熱處理后V2O5材料盡管也為帶狀，但部分納米帶斷裂團(tuán)聚。以產(chǎn)品S-4為工作電極，鉬片為輔助電極，SCE為參比電極，lMLiC104/EC/DMC為電 解液，組成三電極體系進(jìn)行電化學(xué)性能測試。循環(huán)伏安曲線圖如圖2c所示，循環(huán)伏安掃描 速率為lmV/s，掃描區(qū)間為-1.5V IV，單電極比電容為262F/g。由于高溫處理，V2O5粒子出現(xiàn)團(tuán)聚，納米帶形貌部分被破壞，性能發(fā)生改變，比電容 減小。對產(chǎn)品S-4進(jìn)行X射線衍射測定，XRD圖如圖3c所示，在2 θ = 10. 5，21. 4，32. 3° 分別對應(yīng)于 V3O7 · H2O(200)，(220)，(401) (JCPDS No. 85-2401)衍射晶面。實施例5(1)將表面活性劑Pluronic F127溶于二次去離子水中，得到濃度為0. 003Μ的溶 液1 ；(2)向步驟⑴所得溶液1中加入NH4VO3粉末，攪拌至溶液溶解呈淡黃色，得到濃 度為428mM的溶液2 ；(3)向24ml步驟⑵所得溶液2中加入4ml還原劑異丙醇，攪拌2min后，轉(zhuǎn)入聚 四氟乙烯的內(nèi)襯反應(yīng)釜中，在180°C保持15h，冷卻至室溫，抽濾，水和乙醇洗滌6次，50°C干 燥，得到墨綠色NH4V4Oltl沉淀；(4)將墨綠色NH4V4Oltl沉淀于空氣氛圍中以溫度400°C加熱2h，得到橘黃色V2O5材 料(S-5)，在電子顯微鏡掃描，呈放射排列，分散良好，類似花瓣。實施例6(1)將表面活性劑十六烷基三甲基溴化銨溶于二次去離子水中，得到濃度為 0. 006M的溶液1 ；(2)向步驟⑴所得溶液1中加入NH4VO3粉末，攪拌至溶液溶解呈橙黃色，得到濃 度為200mM的溶液2 ；(3)向28ml步驟⑵所得溶液2中加入4ml還原劑異丙醇，攪拌2min后，轉(zhuǎn)入聚 四氟乙烯的內(nèi)襯反應(yīng)釜中，在180°C保持20h，冷卻至室溫，抽濾，水和乙醇洗滌6次，70°C干 燥，得到墨綠色NH4V4Oltl沉淀；(4)將墨綠色NH4V4Oltl沉淀于空氣氛圍中以溫度300°C加熱lh，得到橘黃色V2O5材 料(S-6)，在電子顯微鏡掃描，呈放射排列，分散良好，類似花瓣。上述實施例為本發(fā)明較佳的實施方式，但本發(fā)明的實施方式并不受上述實施例的 限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化， 均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種納米帶狀V2O5的制備方法，其特征在于包括以下各步驟(1)將表面活性劑溶于二次去離子水中，得到濃度為0.001～0.01M的溶液1；(2)將NH4VO3粉末加入到步驟(1)所得溶液1中，攪拌至溶解，得到濃度為14.2mM～428mM的溶液2；(3)將還原劑按體積比1∶5～1∶10加入步驟(2)所得溶液2中，攪拌，轉(zhuǎn)入反應(yīng)釜中，在160℃～180℃條件下進(jìn)行水熱反應(yīng)12～24h，干燥，得到NH4V4O10沉淀；(4)將干燥后的沉淀于空氣氛圍中以溫度300℃～500℃加熱1～3h，得納米帶狀V2O5。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于步驟(1)所述表面活性劑為 Pluronic P123、Pluronic F127或十六烷基三甲基溴化銨。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于步驟(3)所述還原劑為異丙醇。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于步驟(3)所述反應(yīng)釜為聚四氟乙烯 內(nèi)襯反應(yīng)釜。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于步驟(3)所述攪拌的時間為2 IOmin0
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于步驟(3)所述干燥的溫度為50 100°C。
7.一種根據(jù)權(quán)利要求1 6任一項所述方法制備的納米帶狀V205。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述納米帶狀V2O5應(yīng)用于制備傳感器、自旋電子器件、納米光刻模 板或高容量電極材料。全文摘要
本發(fā)明公開了一種低溫水熱合成納米帶狀V2O5的方法。該方法包括步驟(1)將表面活性劑溶于二次去離子水中，得到濃度為0.001～0.01M的溶液1；(2)將NH4VO3溶于溶液1中，攪拌至溶解，得到濃度為14.2mM～428mM的溶液2；(3)將還原劑按體積比1∶5～1∶10加入溶液2中，攪拌，轉(zhuǎn)入聚四氟乙烯的內(nèi)襯反應(yīng)釜中，在160℃～180℃條件下進(jìn)行水熱反應(yīng)12～24h，干燥，得到NH4V4O10沉淀；(4)將干燥后的沉淀于300℃～500℃下熱處理1～3h，得納米帶狀V2O5。該納米帶狀V2O5可應(yīng)用于制備傳感器、自旋電子器件、納米光刻模板或高容量電極材料。
文檔編號B82B3/00GK101880058SQ20101018132
公開日2010年11月10日 申請日期2010年5月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月18日
發(fā)明者劉應(yīng)亮, 夏南南, 莫珊珊, 袁定勝 申請人:暨南大學(xué)