專利名稱：一種V_0.6Cr_0.4O₂納米針狀材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于無機(jī)材料的制備技術(shù)領(lǐng)域，具體的說涉及一種Va6Cra4O2納米針狀材料制備方法。
背景技術(shù)：
納米二氧化釩材料是一種重要的無機(jī)材料，在催化劑、電化學(xué)裝置、傳感器、鋰離子電池材料、光催化材料等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。通過其他金屬元素的摻雜，可以改變其性質(zhì)，拓寬其應(yīng)用范圍，因此對摻雜VO2及其制備方法的研究具有重要價(jià)值。VO2進(jìn)行摻雜時(shí)，相變溫度(Tc)可以調(diào)節(jié)改變，其變化量與摻雜的種類和數(shù)量有關(guān)，例如摻雜Cr增加Tc,V0.976Cr0.024 02的Tc為72°C，每摻入相當(dāng)于V原子數(shù)量1%的Mo原子，Tc減少11°C，每摻入相當(dāng)于V原子數(shù)量l%w原子，Tc減少26°C。目前的VO2摻雜的方法主要有以下幾種
V2O5還原法，在鹽酸介質(zhì)中用還原V2O5制備VOCl2,然后進(jìn)一步反應(yīng)制備氧釩堿式碳酸銨前驅(qū)體，粉碎、在惰性氣氛下分解得到VO2粉體，通過在前驅(qū)體中摻雜Cr、Mo、W，獲得摻雜的VO2,然后焙燒制備；溶膠-凝膠法，將釩源、摻雜材料高溫熔融后倒入冷水中迅速水淬形成凝膠，然后熱處理形成干凝膠，研磨后熱還原，保護(hù)氣氛退火處理。熱解還原法，六聚釩酸銨或偏釩酸銨為原料，加入摻雜物，熱解或者摻雜的二氧化釩微粒，要求升溫速率至少100°c /min，工藝?yán)щy，制備的樣品粒度為微米級(jí)。V2O5和WO3研磨混合，高溫在惰性氣體下還原，得到W改性的V02。但是這些方法工藝復(fù)雜，而且摻雜量比較少。目前對于大量鉻改性的氧化釩納米材料，形成氧化鉻-氧化釩復(fù)合氧化物的V0.6Cr0.402納米針狀材料還沒有研究報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種Va6Cra4O2納米針狀材料的制備方法，所制備的Va6Cra4O2納米針狀材料結(jié)晶度好，純度高，同一制備條件下得到的產(chǎn)品形狀一致?？捎糜诖呋瘎㈦娀瘜W(xué)裝置、傳感器、鋰離子電池材料、光催化材料等領(lǐng)域，同時(shí)發(fā)現(xiàn)這種方法制備的氧化鉻具有鐵磁性，可以應(yīng)用于磁記錄材料領(lǐng)域。本發(fā)明技術(shù)方案如下一種Va6Cra4O2納米針狀材料的制備方法，如圖3所示，包括以下步驟步驟I :配制O. 01mol/L O. 5mol/L摩爾濃度的硝酸鉻水溶液；步驟2 :在步驟I所配制的硝酸鉻水溶液中加入VO2微粉，控制Cr的摩爾量為V與Cr摩爾量之和的409Γ80%，然后攪拌均勻，得到反應(yīng)體系A(chǔ) ；步驟3 :往反應(yīng)體系A(chǔ)中加入適量的硝酸，反應(yīng)體系B，硝酸的加入量應(yīng)使得反應(yīng)體系B的pH值呈酸性或中性；步驟4 :將反應(yīng)體系B轉(zhuǎn)入聚四氟乙烯內(nèi)襯的水熱釜中，然后在140 250°C下水熱反應(yīng)10 72小時(shí)；
步驟5 :將步驟4水熱反應(yīng)的固體產(chǎn)物過濾、去離子水洗滌，然后于105 130°C下烘干，得到Va6Cra4O2納米針狀材料。本發(fā)明利用工業(yè)級(jí)VO2微粉為釩源，利用硝酸鉻為鉻源，在中性或者酸性下采用水熱反應(yīng)直接制備Va6Cra4O2納米針狀材料。制備原料無毒無害，制備過程不需要還原劑、不需要煅燒處理，成本低，生產(chǎn)工藝簡單，易于工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)。水熱反應(yīng)下，大量的鉻離子破壞氧化釩微粒，形成V離子，然后V離子和Cr離子同時(shí)水解晶化為Va6Cra4O2納米針狀材料。所制備的Va6Cra4O2納米針狀材料長度為微米量級(jí)，直徑為十納米量級(jí)，結(jié)晶度好，純度高，同一制備條件下得到的產(chǎn)品形狀一致。制備過程中通過調(diào)節(jié)反應(yīng)體系的PH值可獲得不同尺度的Va6Cra4O2納米針狀材料；實(shí)驗(yàn)同時(shí)發(fā)現(xiàn)，在反應(yīng)體系A(chǔ)中，只要在Cr的摩爾量為V與Cr摩爾量之和的40°/Γ80%范圍內(nèi)任意改變Cr和V的摩爾配比，所得產(chǎn)物均是Va6Cra4O2,只是所得Va6Cra4O2納米針狀材料的尺度有所差異(過量的Cr離子在水熱反應(yīng)后以離子形態(tài)被過濾掉了)。本發(fā)明做制備的Va 6Cr0.402納米針狀材料可以用于催化劑、電化學(xué)裝置、傳感器、鋰離子電池材料、光催化材料、有機(jī)合成等領(lǐng)域，同時(shí)發(fā)現(xiàn)這種方法制備的氧化鉻具有鐵磁性，可以應(yīng)用于磁記錄材料領(lǐng)域。


圖I為本發(fā)明制備的Va6Cra4O2納米針狀材料的掃描電鏡圖。圖2為本發(fā)明制備的Va6Cra4O2納米針狀材料的高分辯透射電鏡照片。圖3為本發(fā)明流程示意圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例I
在水熱釜中加入120ml去離子水，然后加入7. 23g Cr (NO3) 3 · 9H20,攪拌直至完全溶解，得淡綠色澄清硝酸鉻溶液。然后加入I. 5gV02微米級(jí)顆粒。密封水熱釜，190°C下水熱反應(yīng)48小時(shí)。將水熱反應(yīng)后的產(chǎn)物過濾，去離子水洗滌，110°C下烘干、得到Va6Cra4O2納米針狀材料。元素分析證明其化學(xué)組成為Va6Cra4O2,納米針狀材料產(chǎn)品形狀一致，結(jié)晶度好，長約I. 2 μ m,直徑約為50nm。實(shí)施例2采用上述實(shí)施例I的制備過程，不同之處在于加入16. 87g Cr (NO3) 3 · 9H20，得到Va6Cra4O2納米針狀材料。元素分析證明其化學(xué)組成仍為Va6Cra4O2,納米針狀材料產(chǎn)品形狀一致，結(jié)晶度好，長約2. O μ m，直徑約為70nm。實(shí)施例3在水熱釜中加入在IOOOml去離子水，然后加入20ml的2mol/L的硝酸溶液，然后加入7. 23g Cr(NO3)3 · 9H20，攪拌直至完全溶解，得淡綠色澄清硝酸鉻溶液。然后加入I. 5gV02微米級(jí)顆粒。密封水熱釜，190°C下水熱反應(yīng)48小時(shí)。將水熱反應(yīng)后的產(chǎn)物過濾，去離子水洗滌，110°C下烘干，得到Va6Cra4O2納米針狀材料。元素分析證明其化學(xué)組成為Va6Cra4O2,納米針狀材料產(chǎn)品形狀一致，結(jié)晶度好，長約2. 2 μ m，直徑約為80nm。實(shí)施例4在水熱釜中加入在IOOOml去離子水，然后加入IOOg Cr (NO3) 3 · 9H20,攪拌直至完全溶解，得淡綠色澄清硝酸鉻溶液。然后加入15gV02微米級(jí)顆粒。密封水熱釜，160°C下水熱反應(yīng)24小時(shí)。將水熱反應(yīng)后的產(chǎn)物過濾，去離子水洗滌，110°C下烘干，得到Vtl 6Crtl 4O2納 米針狀材料。元素分析證明其化學(xué)組成為Va6Cra4O2，納米針狀材料產(chǎn)品形狀一致，結(jié)晶度好，長約I. 2 μ m,直徑約為50nm。
權(quán)利要求
1.ー種Va6Cra4O2納米針狀材料的制備方法，包括以下步驟 步驟I :配制0. OlmoI/L 0. 5mol/L摩爾濃度的硝酸鉻水溶液； 步驟2 :在步驟I所配制的硝酸鉻水溶液中加入VO2微粉，控制Cr的摩爾量為V與Cr摩爾量之和的409^80%，然后攪拌均勻，得到反應(yīng)體系A(chǔ) ； 步驟3 :往反應(yīng)體系A(chǔ)中加入適量的硝酸，反應(yīng)體系B，硝酸的加入量應(yīng)使得反應(yīng)體系B的PH值呈酸性或中性； 步驟4 :將反應(yīng)體系B轉(zhuǎn)入聚四氟こ烯內(nèi)襯的水熱釜中，然后在140 250°C下水熱反應(yīng)10 72小時(shí)； 步驟5 :將步驟4水熱反應(yīng)的固體產(chǎn)物過濾、去離子水洗滌，然后于105 130°C下烘干，得到Va6Cra4O2納米針狀材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的Va6Cra4O2納米針狀材料的制備方法，其特征在于，在酸性范圍內(nèi)改變反應(yīng)體系B的pH值可調(diào)節(jié)產(chǎn)物Va6Cra4O2納米針狀材料的尺度。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的Va6Cra4O2納米針狀材料的制備方法，其特征在于，在反應(yīng)體系A(chǔ)中Cr的摩爾量為V與Cr摩爾量之和的40% 80%范圍內(nèi)改變Cr和V的摩爾配比，可調(diào)節(jié)產(chǎn)物Va6Cra4O2納米針狀材料的尺度。
全文摘要
一種V0.6Cr0.4O2納米針狀材料的制備方法，屬于無機(jī)材料的制備技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明以氧化釩微粉和硝酸鉻為原料，在中性或者酸性條件下通過水熱反應(yīng)直接合成出V0.6Cr0.4O2納米針狀材料。本發(fā)明原料無毒無害、不需要還原劑、不需要煅燒處理。本方法成本低，生產(chǎn)工藝簡單，易于工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)。所制備的V0.6Cr0.4O2納米針狀材料長度為微米量級(jí)，直徑十納米量級(jí)，且結(jié)晶度好、純度高，同一制備條件下得到的產(chǎn)品形狀一致。在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)反應(yīng)體系的酸度或者Cr的加入量可以得到不同尺度的產(chǎn)物。這種納米材料可以用于催化劑、電化學(xué)裝置、傳感器、鋰離子電池材料、光催化材料、有機(jī)合成、磁記錄材料等領(lǐng)域。
文檔編號(hào)C01G37/14GK102849797SQ20121036476
公開日2013年1月2日 申請日期2012年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月27日
發(fā)明者李志杰, 祖小濤 申請人:電子科技大學(xué)