制备纳米级球形氧化钒颗粒的方法技术

公开了一种制备氧化钒颗粒的方法。该方法包括通过溶解含钒离子材料来制备含钒离子水溶液；向含钒离子的水溶液中加入选自非质子、极性有机溶剂和二醇溶剂的至少一种溶剂，并混合它们；和老化该混合物。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】制备纳米级球形氧化钒颗粒的方法专利
本专利技术涉及一种制备钠米级球性氧化钒颗粒的方法，更具体地，涉及一种由溶胶-凝胶法制备平均粒径为几十纳米的球形氧化钒颗粒的方法。
技术介绍
五氧化二钒颗粒的制备为使用固相法、液相法、或蒸汽相法。五氧化二钒颗粒在400-600℃下衍生自钒酸铵热分解。在固相法中，有易于加工、有效控制粒径、晶相和比表面积的优点。然而，产生的二氧化钒颗粒限于平面状或带状，从而用固相法不能制备球形颗粒。当五氧化二钒由液相法制备时，有易于加工且有效控制粒径、晶相和比表面积的优点。然而，生成的五氧化二钒颗粒限于平面状或带状，由此用液相法不能得到球形颗粒。根椐能量来源即是否用激光或等离子体作为能量源，来化分汽相法。在制备五氧化二钒颗粒时，汽相法难以控制并不如液相法和固相法经济。最近，在开发新功能材料来提高现有的活性材料的性能并继续展现新的性能中，不断尝试用纳米级颗粒。纳米级颗粒的这种效果适用于五氧化二钒颗粒。当电子元件变得更小并需要高性能时，降低电子元件用的原材料颗粒的尺寸至亚微米级或更小。为了在生坯中烧结添加剂颗粒的均匀性和细分布，需要减少烧结添加剂颗粒的尺寸至细小的程度。据报道，通过减少源颗粒的尺寸改善了传感器的性能并具有提高活性表面积的效果。五氧化二钒颗粒具有极大的电化学活性。因此，五氧化二钒颗粒用作催化剂、电化学装置、抗静电涂料、和传感器和蓄电池用的活性材料。相比于用微米级的活性材料，通过用纳米级带状活性材料可提高蓄电池的放电容量。除了用作蓄电池的活性材料外，纳米级五氧化二钒颗粒有望在催化剂、电化学装置、抗静电涂料、和传感器的活性材料应用中具有改善的性能。在上述应用中，对于更好混合、分散、或成型加工需要球型颗粒。-->为了商业使用纳米级五氧化二钒颗粒，需要其经济的制备方法。公开了制备粒径为100μm或更小的五氧化二钒颗粒的方法。在US5,326,545中，用五氧化二钒和挥发性组分的湿混合物形成液滴。接着，通过把液滴与热空气接触来蒸发挥发性组分，从而形成纳米级五氧化二钒颗粒。另外，可通过冷冻干燥五氧化二钒和挥发组分的混合物可制备纳米级五氧化二钒颗粒。然而，还没有开发出制备具有球型形状的纳米级五氧化二钒颗粒的经济方法。专利技术概述本专利技术的一个目的是提供一种制备纳米级球状的五氧化二钒颗粒的经济方法。为了达到本专利技术的目的，提供一种制备氧化钒颗粒的方法，包括：(a)通过溶解含钒离子材料来制备含钒离子水溶液；(b)向含钒离子的水溶液中加入选自非质子、极性有机溶剂和二醇溶剂的至少一种溶剂，并混合它们；和(c)老化该混合物。优选在步骤(a)中，优选含钒离子材料溶于过氧化氢水溶液或酸水溶液中。酸溶液的种类不加以限制，但优选盐酸水溶液、硝酸和硫酸水溶液。优选，过氧化氢水溶液中过氧化氢的量或酸水溶液中酸的量为含钒离子材料的0.5-5倍，以完全溶解含钒离子材料。若过氧化氢的量或酸的量超过上述范围，由于相对低浓度的钒离子，这样是不经济的。若过氧化氢的量或酸的量低于上述范围，难以溶解含钒离子材料。优选含钒离子水溶液含有0.01-0.5M的钒离子。优选在步骤(b)中，该非质子、极性有机溶剂是选自N-甲基-2-吡咯烷酮、N，N-二甲基乙酰胺、六甲基磷酰胺、和吡啶中的至少一种溶剂，二醇溶剂包括选自乙二醇、丙二醇和丁二醇中的至少一种溶剂。优选，溶剂的量为60-98％体积，以含钒离子水溶液和溶剂的总体积计。优选，在不低于0℃且不高于含钒离子水溶液的沸点和溶剂的沸点的两个沸点较高者的温度下，进行老化步骤(c)0.5-100小时。在制备本专利技术的氧化钒颗粒的方法中，可不加限制地使用任何含离子材料，但优选五氧化二钒。-->附图简介通过参照附图更详细介绍本专利技术的优选实施方案，本专利技术的上述目的和优点变得更明显。图1是由本专利技术的实施例1制备的五氧化二钒(V2O5)颗粒的扫描电镜图(SEM)；图2是由本专利技术的实施例1制备的五氧化二钒颗粒的X-射线衍射图；图3是由本专利技术的实施例5制备的五氧化二钒颗粒的扫描电镜图(SEM)；图4是由本专利技术的实施例6制备的五氧化二钒颗粒的扫描电镜图(SEM)；图5是由本专利技术的实施例7制备的五氧化二钒颗粒的扫描电镜图(SEM)；图6是由本专利技术的实施例8制备的五氧化二钒颗粒的扫描电镜图(SEM)；图7是由本专利技术的比较例1制备的五氧化二钒颗粒的扫描电镜图(SEM)；图8是由本专利技术的比较例1制备的五氧化二钒颗粒的X-射线衍射图。专利技术详述下面介绍本专利技术的原理。在溶胶-凝胶方法中，形成颗粒包括通过水解和缩合而成核，和生长该核。生成颗粒的形状、粒径、和粒径分布受成核和生长过程中的反应因素的影响。因此，要求调节反应因素来形成具有需要形状、粒径、和粒径分布的颗粒。已知由溶胶-凝胶法形成在晶面上具有特定取向的颗粒由生长的影响程度很大。当在生长步骤的其它晶面中材料的特定取向晶面在反应溶剂中具有最低的表面能时，特定的取向晶面首先生长来降低能量，从而抑制其它晶面的生长。生成的颗粒被反应溶剂中具有最低表面能的特定取向晶面包围，从而其具有非球形状。相反，当材料的所有晶面在反应溶剂中具有相同的表面能时，在每个方向上核生长，形成球形颗粒。因此，用包括溶胶--->凝胶法的液相法形成了球形五氧化二钒颗粒，以常规方式通过该方法形成片状或带状颗粒，在反应溶剂中的所有五氧化二钒的晶面的表面能量应相等。在反应溶剂中的材料的取向晶面的表面能可通过把表面活性剂吸收到取向晶面上或通过改变反应溶剂而改变。在本专利技术中，水和非质子、极性有机溶剂的混合溶剂和/或水和二醇的混合溶剂用作反应溶剂，从而得到纳米级球形五氧化二钒颗粒。适宜的非质子、极性有机溶剂包括N-甲基-2-吡咯烷酮、N，N-二甲基乙酰胺、六甲基磷酰胺、和吡啶中的至少一种溶剂，二醇溶剂包括选自乙二醇、丙二醇和丁二醇中的至少一种溶剂。优选，溶剂的量为60-98％体积，以含钒离子水溶液和溶剂的总体积计。下面介绍本专利技术用溶胶-凝胶法制备纳米级球形五氧化二钒颗粒的方法。首先，通过在水溶液中溶解含钒离子材料来制备含钒离子水溶液。当五氧化二钒颗粒用作含钒离子水性材料时，通过把五氧化二钒颗粒溶于过氧化氢水溶液或酸水溶液如盐酸水溶液、硝酸水溶液或硫酸水溶液中，来制备含钒离子水溶液。优选把五氧化二钒颗粒溶于过氧化氢水溶液，来制备含钒离子水溶液。这是由于易于操作而没有残余离子。过氧化氢水溶液和酸水溶液的浓度没有特别限制。优选过氧化氢水溶液的浓度为30％、30-32％、35％、或50％重量。优选，对于氢氯酸水溶液，酸水溶液的浓度为20％、37％、或38％重量；对于硝酸水溶液，浓度为70％或90％，对于硫酸水溶液浓度为95-98％或98％重量。优选，含钒离子水溶液含有0.01-0.5M的钒离子。若钒离子的浓度低于0.01M，出于经济原因是不想要的。若钒离子的浓度超过0.05M，对于含钒离子水溶液中五氧化二钒颗粒的形状来说是不想要的。把制备的含钒离子的水溶液与非质子、极性有机溶剂和/或二醇混合物。适宜的非质子、极性有机溶剂包括N-甲基-2-吡咯烷酮、N，N-二甲基乙酰胺、六甲基磷酰胺、吡啶和这些溶剂的混合物。适宜的二醇溶剂包括选自乙二醇、丙二醇、丁二醇和这些材料的混合物。优选，溶剂的量为60-98％体积，以含钒离子水溶液和溶剂本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备氧化钒颗粒的方法，包括： （ａ）通过溶解含钒离子材料来制备含钒离子水溶液； （ｂ）向含钒离子的水溶液中加入选自非质子、极性有机溶剂和二醇溶剂的至少一种溶剂，并混合它们；和 （ｃ）老化该混合物。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】KR 2001-3-28 16325/01;KR 2001-11-26 73735/011、一种制备氧化钒颗粒的方法，包括：(a)通过溶解含钒离子材料来制备含钒离子水溶液；(b)向含钒离子的水溶液中加入选自非质子、极性有机溶剂和二醇溶剂的至少一种溶剂，并混合它们；和(c)老化该混合物。2、权利要求1的方法，其中：在步骤(b)中，该非质子、极性有机溶剂是选自N-甲基-2-吡咯烷酮、N，N-二甲基乙酰胺、六甲基磷酰胺、和吡啶中的至少一种溶剂，二醇溶剂包括选自乙二醇、丙二醇和丁二醇中的至少一种溶...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔在荣，承度泳，刘德荣，金珉奭，
申请(专利权)人：三星SDI株式会社，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]