一种一步合成VO2粉体的方法技术

本发明专利技术涉及到一种一步合成VO2粉体的方法。所述方法具体包括以下步骤：(1)将钒源、可燃性还原剂和氧化剂分别加入水中配成混合溶液，其中钒源、氧化剂和可燃性还原剂的化学计量比为1：1～2：0～0.004；(2)将步骤(1)中的混合溶液转移到燃烧装置中，在200～500℃反应15～60min。该方法具有如下优点：1、形成水溶液，避免了有机溶剂的毒性，不仅节约了成本，还达到了环保的需求；2、利用可燃性还原剂可助燃可还原的功能在高温下可以快速反应得到产物；3、燃烧过程无需任何保护气氛，达到一步合成的效果，具有显著的经济和生态效益。

A method of one step synthesis of VO2 powder

The present invention relates to a method of one step synthesis of VO2 powder. The method includes the following steps: (1) the vanadium source, combustible reductant and oxidant respectively with water mixed solution, the vanadium source, oxidant and reducing agent combustible stoichiometric ratio of 1:1 to 2:0 ~ 0.004; (2) the step (1) in the mixed solution transfer to the combustion device, at 200 to 500 DEG C for 15 ~ 60min. This method has the following advantages: 1, the formation of water solution, avoid organic solvent toxicity, not only cost savings, but also can meet the environmental requirements; 2, the reducing agent can be reduced by the combustion of combustible function can quickly products were obtained in high temperature combustion process; 3, without any protective atmosphere, to one step synthesis effect, has significant economic and ecological benefits.

【技术实现步骤摘要】
一种一步合成VO2粉体的方法
本专利技术属于燃烧法制备二氧化钒粉体领域，具体涉及到一种一步合成VO2粉体的方法。
技术介绍
VO2是一种典型的热致相变材料，其相转变点在68℃附近，过程可逆，通过掺杂或改变微观形貌，或调控其相转变温度。伴随着VO2的结构转变，其电学、光学及磁学性质发生突变，这使得VO2在光电转换器、激光存储材料、热致变色器件及智能控温材料等领域有着广泛的应用前景，尤其是智能控温材料。自从发现相变以来，国内外主要集中在VO2薄膜的制备上。这种镀膜技术只适用于直接制造VO2节能玻璃，无法应用于普通建筑玻璃的节能改造，而且该技术只适用于平板节能玻璃，无法满足具有特殊形状要求的节能玻璃，如楼房、汽车、船等带有一定弧度的玻璃节能需求。鉴于此，建筑节能有限考虑解决现有玻璃的节能改造，玻璃贴膜技术正可以解决该问题，而贴膜玻璃的核心问题是VO2粉体的制备。VO2粉体制备具有成本低、生产效率高的优势，在制粉技术成熟以后，还可以发展VO2陶瓷、VO2复合材料涂层等。目前制备二氧化钒粉体的方法有燃烧法、水热法等。中国专利申请CN105366721公开了一种海参状D相二氧化钒粉体的制备方法，该专利申请的核心方法是水热法，一般来说水热法工艺简单、但周期长。该专利申请主要原理是使五价钒在水溶液中被草酸缓慢还原至四价钒形成VO2沉淀，虽然该利用高温高压等手段将耗时大大缩短，但仍需一天左右的时间。中国专利CN200910142318公开了一种使用燃烧法制备二氧化钒的方法，该专利直接点燃可燃性有机溶剂来对钒源进行还原，仅需反应半小时。但是有机溶剂如果燃烧不完全或者气体泄露很容易造成环境污染。
技术实现思路
为了克服现有技术的缺点和不足，本专利技术的目的在于提供一种一步合成VO2粉体的方法。它以钒源、氧化剂和可燃性还原剂为原料，利用了可燃性还原剂具有还原和燃料推进剂的双重作用，从而一步合成二氧化钒粉体。该制备工艺快速、简单和环保，弥补了水热法、传统燃烧法等工艺的不足。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种一步合成VO2粉体的方法，具体包括以下步骤：(1)配溶液：将钒源、可燃性还原剂和氧化剂分别加入水中配制成混合溶液，其中钒源、氧化剂和可燃性还原剂的化学计量比为1：1～2：0～0.004；(2)燃烧还原一步制备VO2粉末：将步骤(1)中的混合溶液转移到燃烧装置中，在200～500℃反应15～60min。优选的，所述钒源浓度为5mol/L，可燃性还原剂浓度为5～10mol/L，氧化剂浓度为0～0.02mol/L。优选的，钒源为硝酸钒(VO(NO3)3)和钒酸铵(NH4VO3)中的一种或两种。更优选的，所述钒源为硝酸钒。硝酸钒中的硝酸根可以为燃烧初期提供氧。优选的，可燃性还原剂为草酸(H2C2O4)和水合肼(N2H4·H2O)中的一种或两种。优选的，氧化剂为硝酸和硫酸中的一种或两种。所述燃烧装置可以是本领域常用的工业炉、燃烧器或其他能够实现高温燃烧功能的装置。本专利技术限定钒源、氧化剂和可燃性还原剂的化学计量比为1：1～2：0～0.004，钒源、氧化剂和可燃性还原剂的比例对产品性质有重要的影响。燃烧法在制备粉体时加入定量有机物，借助有机物燃烧时放出大量的热来降低最后灼烧的温度，同时有机物燃烧时产生大量气体可以减少产品的团聚从而颗粒较小的产品。燃烧法在燃烧过程中需要氧，如果氧化剂、可燃性还原剂比例控制不当，氧化物过多，最后生成五氧化二钒；氧化物过少，即可燃性还原剂过量就会生成三氧化二钒。只有可燃性还原剂的比例恰当，在燃烧过程中过量的可燃性还原剂才会消耗空气中的氧，同时释放出的热量又可以促进二氧化钒的晶型化。本专利技术所述的一步合成VO2粉体的方法具有如下优点：1、将原料配制成水溶液，避免了有机溶剂的毒性，不仅节约了成本，还达到了环保的需求；2、利用可燃性还原剂可助燃可还原的功能在高温下可以快速反应得到产物；3、燃烧过程无需任何保护气氛，达到一步合成的效果，该工艺具有显著的经济和生态效益。附图说明图1是实施例1所得产品的XRD图谱与VO2标准XRD图谱对比图。图2是实施例1所得产品的DSC曲线。图3是对比例1所得产品的XRD图谱。具体实施方式下面结合实施例和附图对本专利技术作进一步详细的描述，但本专利技术的实施方式不限于此。实施例1(1)配料：按化学计量比钒源：可燃性还原剂：氧化剂＝1:2:0称取原料，其中钒源为硝酸钒，可燃性还原剂为草酸；(2)配溶液：将钒源和可燃性还原剂分别加入水中配成混合溶液，其中钒源浓度为5mol/L，可燃性还原剂浓度为10mol/L；(3)燃烧还原一步制备VO2粉末：将步骤(2)所得的混合溶液转移到氧化铝坩埚中，并加盖，保持溶液占坩埚体积的1/4，将马弗炉预热至450℃后，将混合溶液置于马弗炉中15min。得到的产品经XRD检测表征如附图1，产品的特征峰(110)、(101)、(111)和(211)均属于单斜相二氧化钒的特征峰，同时差热曲线(附图2)的特征也与单斜相二氧化钒的特征一致。实施例2(1)配料：按化学计量比钒源：可燃性还原剂：氧化剂＝1：2：0.001称取原料，其中钒源为硝酸钒，还原剂为草酸，氧化剂为硝酸；(2)配溶液：将钒源、可燃性还原剂和氧化剂分别加入水中配成混合溶液，其中钒源浓度为5mol/L，可燃性还原剂浓度为10mol/L，氧化剂浓度为0.005mol/L；(3)燃烧还原一步制备VO2粉末：将步骤(2)所得的混合溶液转移到氧化铝坩埚中，并加盖，保持溶液占坩埚体积的1/4，将马弗炉预热至500℃后，将混合溶液置于马弗炉中20min。经XRD图谱和DSC曲线验证，得到的产品同样为单斜相二氧化钒。实施例3(1)配料：按化学计量比钒源：可燃性还原剂：氧化剂＝1：1：0.002称取原料，其中钒源为硝酸钒，可燃性还原剂为水合肼，氧化剂为硝酸；(2)配溶液：将钒源、可燃性还原剂和氧化剂分别加入水中配成混合溶液，其中钒源浓度为5mol/L，可燃性还原剂浓度为5mol/L，氧化剂浓度为0.01mol/L；(3)燃烧还原一步制备VO2粉末：将步骤(2)所得的混合溶液转移到氧化铝坩埚中，并加盖，保持溶液占坩埚体积的1/3，将马弗炉预热至550℃后，将混合溶液置于马弗炉中30min。经XRD图谱和DSC曲线验证，得到的产品同样为单斜相二氧化钒。实施例4(1)配料：按化学计量比钒源：可燃性还原剂：氧化剂＝1：1：0.004称取原料，其中钒源为硝酸钒，可燃性还原剂为草酸和水合肼按摩尔比1:1混合，氧化剂为硝酸；(2)配溶液：将钒源、可燃性还原剂和氧化剂分别加入水中配成混合溶液，其中钒源浓度为5mol/L，可燃性还原剂浓度为5mol/L，氧化剂浓度为0.02mol/L；(3)燃烧还原一步制备VO2粉末：将步骤(2)所得的混合溶液转移到氧化铝坩埚中，并加盖，保持溶液占坩埚体积的1/3，将马弗炉预热至600℃后，将混合溶液置于马弗炉中60min。经XRD图谱和DSC曲线验证，得到的产品同样为单斜相二氧化钒。对比例1(1)配料：按化学计量比钒源：可燃性还原剂：氧化剂＝1：0.5：0.004称取原料，其中钒源为硝酸钒，可燃性还原剂为草酸和水合肼按摩尔比1:1混合，氧化剂为硝酸；(2)配溶液：将钒源、可燃性还原剂和氧化剂分别加入水中本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种一步合成VO2粉体的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将钒源、可燃性还原剂和氧化剂分别加入水中配制成混合溶液，钒源、氧化剂和可燃性还原剂的化学计量比为1：1～2：0～0.004；(2)将步骤(1)中的混合溶液转移到燃烧装置中，在200～500℃反应15～60min即得VO2粉体。

【技术特征摘要】
1.一种一步合成VO2粉体的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将钒源、可燃性还原剂和氧化剂分别加入水中配制成混合溶液，钒源、氧化剂和可燃性还原剂的化学计量比为1：1～2：0～0.004；(2)将步骤(1)中的混合溶液转移到燃烧装置中，在200～500℃反应15～60min即得VO2粉体。2.根据权利要求1所述的一种一步合成VO2粉体的方法，其特征在于，所述钒源浓度为5mol/L，可燃性还原剂浓度为5～10mol/L，氧化剂浓...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑华德，李艳辉，张明，
申请(专利权)人：华南协同创新研究院，
类型：发明
国别省市：广东,44