[发明专利]一种一步法制备尺寸可控、特定结构钒氧化物的方法

说明书

技术领域

本发明属于无机功能材料制备技术领域，特别涉及尺寸可控、特定结构钒氧化物的一步制备方法。

背景技术

微观探索日益深入，具有特定结构的材料因为呈现出诸多新奇的物理、化学性能而具有广阔的应用前景。蛋黄-蛋壳（yolk/shell）结构纳米颗粒作为特殊的结构形貌，与核壳结纳微米颗粒不同，蛋黄-蛋壳结构中的核是可以移动的，这种特殊的结构具有特殊的性能。近年来，蛋黄-蛋壳结构纳米颗粒引起了各方广泛的兴趣，这种结构的纳米颗粒在催化，电极，以及新药物领域具有新的应用。

随着纳米技术的深入开发应用，合成具有蛋黄-蛋壳结构的功能材料已经成为纳米科学领域一个重要的研究热点和发展趋势。通常，制备蛋黄-蛋壳结构纳微米颗粒的主要方法有以下几种：1、通过软模板辅助法形成类似三明治结构的颗粒，即核壳结构；2、利用克根达尔效应或者重力取代，使核壳结构转变为蛋黄-蛋壳结构。3、选择性地溶解核壳结构，使核壳结构转变成为蛋黄-蛋壳结构。4、利用奥斯瓦尔德由外向内熟化形成蛋黄-蛋壳结构。然而，选择性刻蚀法，软模板辅助法和克根达尔效应都需要繁琐的处理过程或者是存在一定的局限性。目前制备方法中复杂的工艺流程及苛刻的实验条件限制了蛋黄-蛋壳结构功能材料的发展。因此，发展一种简单化、快速化、温和化、精确化的制备工艺仍是材料领域追逐的热点命题。

发明内容

本发明针对现有技术中蛋黄-蛋壳结构合成条件苛刻的技术方法，目的在于提供一种新的蛋黄-蛋壳结构钒氧化物合成方法，并且通过适当的控制可以获得实心、空心和蛋黄-蛋壳结构的钒氧化物。

在此，本发明提供一种一步法制备钒氧化物的方法，包括：将含有质量比为100：（1～10）：（1～5）的溶剂、助溶剂、和钒源的均一溶液在150～280℃进行溶剂热反应1～24小时后将反应产物离心、洗涤和干燥制得钒氧化物；其中，

所述溶剂为醇，所述助溶剂为过氧化氢、稀盐酸、氢氧化钠、氨水、稀硫酸、碳酸氢钠、和碳酸氢铵中的任意一种；

其中，通过控制所述溶剂、助溶剂、和钒源的质量比和溶剂热反应的时间使所得钒氧化物的尺寸在100～1000nm之间可调节，通过控制所述溶剂热反应的温度和时间使所得钒氧化物具有实心、空心和蛋黄-蛋壳结构中的任意一种的结构。

本发明利用奥斯瓦尔德效应通过一步溶剂热法直接合成蛋黄-蛋壳结构钒氧化物，并且通过控制工艺参数（例如反应的时间和温度、原料的浓度等）还可以获得不同尺寸上实心、蛋黄-蛋壳和空心结构的钒氧化物。这种结构和尺寸的选择性大大丰富了钒氧化物的技术领域和应用范围。而且，根据本发明，粉体可以一步合成，制备周期短，可以连续控制，制备的产品形貌均一，粒径均匀，十分有利于离子的传递，而且工艺简单，条件温和，产率高并且产量大，适合大规模工业化生产，对钒氧化物、亦或过渡金属氧化物的推广应用有极大的促进作用。

本发明中，所述溶剂、助溶剂、和钒源的质量比优选为100：（5～10）：（1～5）；更优选为100：（5～7）：（3～5）。通过控制溶剂、助溶剂、和钒源的质量比，可以控制过钒源的浓度，从而可以实现产物尺寸和结构的调控。

本发明中，所述溶剂热反应优选为在180～240℃反应1～24小时。通过控制反应温度和反应时间，可以实现产物尺寸和结构的调控。

在一个优选的示例中，可通过控制所述溶剂、助溶剂、和钒源的质量比为100：（5～10）：（1～5），并控制所述溶剂热反应的时间为1～24小时，使所得钒氧化物的尺寸在100～1000nm。优选为溶剂、助溶剂、和钒源的质量比为100：（5～7）：（3～5），并控制所述溶剂热反应的时间为1～24小时，使所得钒氧化物的尺寸在100～1000nm。

在又一个优选的示例中，通过控制所述溶剂热反应的温度为150～280℃，时间为4～12小时，使所得钒氧化物具有蛋黄-蛋壳结构。优选为通过控制所述溶剂热反应的温度为180～240℃，反应时间4～12小时，使所得钒氧化物为均一尺度的蛋黄-蛋壳结构。

本发明中，所述溶剂可以为乙二醇、1,2-丙二醇、1,3-丙二醇、丙三醇、异丙醇、和正丁醇中的至少一种；优选为1,2-丙二醇、1,3-丙二醇和异丙醇中的至少一种；更优选为异丙醇。

本发明中，所述钒源可以为乙酰丙酮氧钒、草酸氧钒、硫酸氧钒、四氯化钒、和二氯氧钒中的至少一种，优选为乙酰丙酮氧钒、硫酸氧钒、和二氯氧钒中的至少一种，更优选为乙酰丙酮氧钒。

本发明中，所述助溶剂优选为过氧化氢、稀盐酸、和氢氧化钠中的任意一种，更优选为过氧化氢。