本發明專利技術的一種不同直徑尺寸的球形多孔形貌VO2及其制備方法，屬于微納米功能材料制備的技術領域。制備方法的第一步以偏釩酸銨、鹽酸羥胺與乙二醇為原料進行混合，混合溶液通過不同的攪拌時間用水熱法制備出不同直徑尺寸的前體VEG；第二步是將前體VEG在氮氣氣氛下480～500℃煅燒3～4小時，制備出球形、多孔的VO2的形貌。本發明專利技術通過不同的攪拌時間控制球形產物的直徑尺寸，具有操作簡單、合成便捷、重復性好、低溫節能等特點，并且產物形貌易控、大小均一、純度高，在鋰離子電池中作為陽極材料得到很好的應用。
A spherical porous VO2 with different diameter and size and its preparation method
The invention relates to a spherical porous VO2 with different diameter and size and a preparation method thereof, belonging to the technical field of preparation of micro- and nano-functional materials. In the first step, the precursor VEG with different diameters was prepared by mixing ammonium metavanadate, hydroxylamine hydrochloride and ethylene glycol. In the second step, the precursor VEG was calcined at 480-500 C for 3-4 hours in nitrogen atmosphere to prepare the morphology of spherical and porous VO2. The spherical product diameter size is controlled by different stirring time, which has the characteristics of simple operation, convenient synthesis, good repeatability, low temperature and energy saving, and the product morphology is easy to control, uniform size and high purity, and is well applied as an anode material in lithium ion batteries.
【技術實現步驟摘要】
一種不同直徑尺寸的球形多孔形貌VO2及其制備方法
本專利技術屬于微納米功能材料制備的
特別涉及一種制備不同直徑尺寸的球形、多孔的VO2新形貌的方法。
技術介紹
釩氧化物作為一種含量豐富的資源，具有多種氧化價態，它的優異性質使其在催化、電池、磁學和吸附等領域得到廣泛地應用。釩的氧化物有著他們獨特的物理和化學特性，從而具有廣泛的應用，例如，用作催化劑、化學傳感器、高密度鋰電池的電極材料，同時用在各種光學、電子設備中。近年來，釩氧化物微納米材料的研究受到了人們的廣泛地關注，釩氧化物的微觀結構如維度、尺寸、形貌對于器件的光、電、磁、催化等性能有很大的影響。而采用簡單便于工業化的合成方法來制備顆粒細小、尺寸均勻、形貌均一、分散度高的微納米材料，是制備高性能材料器件的前提。目前有很多關于制備釩氧化物納米材料的方法，比如水熱(溶劑熱)法，溶膠-凝膠法、氧化還原法等。目前VO2的形貌有納米帶和納米薄膜等，球形多孔的形貌還未見報道。目前已知的有利用氫氣還原多釩酸銨制備VO2的方法，但是氫氣在遇見明火的時候很容易發生爆炸，且利用氫氣還原多釩酸銨制備VO2的方法成本高。而本方法以偏釩酸銨、鹽酸羥胺與乙二醇為原料，在較低的水熱溫度(160℃～170℃)和較短的時間(可以是10～15小時)下、通過不同的攪拌時間可制備出不同直徑尺寸的前體VEG(釩酸乙二醇脂)，具體的規律是前體VEG的直徑尺寸會隨混合溶液攪拌時間的增加而增加，前體VEG的球形直徑尺寸分布在1～11μm之間。隨后通過在氮氣氣氛條件下對所制備的不同直徑尺寸的球形前體VEG煅燒可制備出不同直徑尺寸的微納米球形、多孔VO2新形貌。
技術實現思路
本專利技術要解決的技術問題是，提供一種可以制備不同直徑尺寸的球形、多孔的VO2新形貌的制備方法。并且制備出的是不同直徑尺寸的球形、多孔的VO2新形貌，該形貌外觀類似于有眾多小球堆積成一個個大球。不同直徑尺寸球形多孔形貌的VO2的具體技術方案如下。一種不同直徑尺寸的球形多孔形貌VO2，其特征是，由VO2納米顆粒堆積成具有不同直徑尺寸的球形多孔形貌；球形的直徑在1～11μm的范圍。所述的VO2，具有單斜相。不同直徑尺寸球形多孔形貌VO2制備方法的具體技術方案如下。一種不同直徑尺寸的球形多孔形貌VO2的制備方法，有制備前體釩酸乙二醇脂(VEG)和制備VO2兩個步驟；其特征在于，所述的制備前體釩酸乙二醇脂，是將偏釩酸銨和乙二醇混合后加入鹽酸羥胺，得到混合溶液，其中，偏釩酸銨和鹽酸羥胺的摩爾比為2:3～3.1，偏釩酸銨與乙二醇的摩爾比為1:715～718；混合溶液經1000～1500轉/分鐘攪拌0.5～8小時后，轉移至反應釜聚四氟乙烯內襯中，在160～170℃條件下反應10～35小時；固液分離得到紫紅色沉淀，離心洗滌，低溫冷凍干燥，得到前體釩酸乙二醇脂(VEG)；所述的制備VO2，是將前體釩酸乙二醇脂(VEG)在氮氣氣氛下480～500℃煅燒3～4小時，制備出球形、多孔的VO2的形貌。所述的乙二醇，選擇的密度為1.111～1.115g/ml。所述的轉移至反應釜聚四氟乙烯內襯中，填充比(即，混合溶液占反應釜聚四氟乙烯內襯體積的比例)為80％。所述的離心洗滌，是對紫紅色沉淀用去離子水與無水乙醇離心洗滌5次；所述的低溫冷凍干燥，是將離心洗滌后的沉淀用液氮冷凍，再在低溫冷凍干燥機下低溫干燥24小時。所述的煅燒，可以在2℃/min的升溫速率下升溫至480～500℃。前體VEG球形直徑大小在一定時間內會隨著混合溶液攪拌時間的增加而增加，前體球形直徑尺寸分布在1～11μm。而后在一定溫度下，氮氣氣氛下通過煅燒不同直徑尺寸的前體VEG制備出不同直徑尺寸的球形多孔VO2新形貌。煅燒后的球形多孔VO2直徑尺寸與煅燒前前體的球形直徑尺寸基本一致(1～11μm)。本專利技術的有益效果：1、本專利技術所得到的產物能夠通過控制混合溶液的攪拌時間來調節其前體VEG球形直徑的尺寸大小，而后通過在氮氣氣氛下煅燒不同直徑尺寸的前體VEG可以制備出不同直徑尺寸球形且具有多孔結構的VO2新形貌，VO2為單斜相，且產物大小均一、純度高。2、本專利技術前體的制備所需要的偏釩酸銨、鹽酸羥胺、乙二醇的原料比例不同于現有技術，再通過改變混合溶液的攪拌時間，從而實現球形大小能夠控制，并且操作簡單便捷、易于合成、重復性好、低溫節能。附圖說明圖1為實施例1所得到的球形前體VEG(釩酸乙二醇脂)的XRD圖譜。圖2為實施例1所得到的球形前體VEG(釩酸乙二醇脂)的SEM圖。圖3為實施例2所得到的球形前體VEG(釩酸乙二醇脂)的XRD圖譜。圖4為實施例2所得到的球形前體VEG(釩酸乙二醇脂)的SEM圖。圖5為實施例3所得到的球形前體VEG(釩酸乙二醇脂)的XRD圖譜。圖6為實施例3所得到的球形前體VEG(釩酸乙二醇脂)的SEM圖。圖7為實施例4所得到的球形前體VEG(釩酸乙二醇脂)的XRD圖譜。圖8為實施例4所得到的球形前體VEG(釩酸乙二醇脂)的SEM圖。圖9為實施例5所得到的球形前體VEG(釩酸乙二醇脂)的XRD圖譜。圖10為實施例5所得到的球形前體VEG(釩酸乙二醇脂)的SEM圖。圖11為實施例6所得到的球形前體VEG(釩酸乙二醇脂)的XRD圖譜。圖12為實施例6所得到的球形前體VEG(釩酸乙二醇脂)的SEM圖。圖13為實施例7所得產物VO2的XRD圖譜。圖14為實施例7所得產物VO2的SEM圖。圖15為實施例8所得產物VO2的SEM圖。具體實施方式下面結合具體實施例來進一步闡述本專利技術。主要說明混合溶液的攪拌時間對前軀體球形直徑尺寸的影響。具體的是實施例1～6探究了混合溶液的攪拌時間對前體VEG直徑尺寸的影響。實施例1取0.5849g偏釩酸銨溶于200ml乙二醇燒杯中，待偏釩酸銨和乙二醇充分混合后可得到黃色絮狀物，然后在燒杯中加入0.5212g鹽酸羥銨置于磁力攪拌器上攪拌，轉速設定1000轉/分鐘，在常溫常壓下攪拌30min，黃色絮狀物逐漸變成白色，得到白色絮狀的前體。混合均勻后的溶液轉移至聚四氟乙烯內襯的不銹鋼水熱反應釜中(填充比為80％)，置于溫度智能可控的加熱爐中加熱，反應條件為：反應溫度160℃，反應時間15小時.自然冷卻后得到水熱產品。將水熱產品離心分離得到紫紅色沉淀，用去離子水與無水乙醇離心洗滌5次，離心洗滌后的沉淀用液氮冷凍，然后再在低溫冷凍干燥機下低溫干燥24小時，得到灰黑色的粉末。灰黑色的粉末的XRD譜圖如圖1所示，解析XRD譜圖表明，所制備的灰黑色的粉末產物為前體VEG(釩酸乙二醇脂)，并且具有良好的晶體結構。所制備的前體VEG采用Magellan400型場發射掃描電子顯微鏡來觀察形貌，如圖2所示。從圖2可以看出，所制備的前體VEG的直徑尺寸分布在1～3μm。實施例2與實施例1的過程相同，只是混合均勻后的溶液在反應釜中水熱反應時間為25小時，其它條件不變。得到的灰黑色的粉末的XRD譜圖如圖3所示，解析XRD譜圖表明，所制備的灰黑色的粉末產物為前體VEG(釩酸乙二醇脂)，并且具有良好的晶體結構。所制備的前體VEG采用Magellan400型場發射掃描電子顯微鏡來觀察形貌，如圖4所示。從圖4可以看出，所制備的前體VEG的直徑尺寸也分布在1～3μm。實施例3與實施例1的過程相同，只本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種不同直徑尺寸的球形多孔形貌VO2，其特征是，由VO2納米顆粒堆積成具有不同直徑尺寸的球形多孔形貌；球形的直徑在1～11μm的范圍。
【技術特征摘要】
1.一種不同直徑尺寸的球形多孔形貌VO2，其特征是，由VO2納米顆粒堆積成具有不同直徑尺寸的球形多孔形貌；球形的直徑在1～11μm的范圍。2.根據權利要求1所述的不同直徑尺寸的球形多孔形貌VO2，其特征在于，所述的VO2，具有單斜相。3.一種權利要求1的不同直徑尺寸的球形多孔形貌VO2的制備方法，有制備前體釩酸乙二醇脂和制備VO2兩個步驟；其特征在于，所述的制備前體釩酸乙二醇脂，是將偏釩酸銨和乙二醇混合后加入鹽酸羥胺，得到混合溶液，其中，偏釩酸銨和鹽酸羥胺的摩爾比為2:3～3.1，偏釩酸銨與乙二醇的摩爾比為1:715～718；混合溶液經1000～1500轉/分鐘攪拌0.5～8小時后，轉移至反應釜聚四氟乙烯內襯中，在160～170℃條件下反應10～35小時；固液分離得到紫紅色沉淀，離心洗滌，低溫冷凍干燥，得到前體釩酸乙二醇脂；所述的制備VO2，是...
【專利技術屬性】
技術研發人員：李全軍，顧宏凱，劉冰冰，董恩來，陸國會，林濤，馬鑫，
申請(專利權)人：吉林大學，
類型：發明
國別省市：吉林,22
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