[发明专利]一种多孔层状结构的金红石相二氧化钒及其制备方法

说明书

本发明涉及一种多孔层状结构的金红石相二氧化钒及其制备方法，所述多孔层状结构的金红石相二氧化钒为单层多孔的单元结构或由所述单层多孔的单元结构堆积而成的多层结构，所述单层多孔的单元结构由颗粒状氧化钒相互连接形成具有孔隙的层状二维结构。本发明制备的多孔层状结构的金红石相二氧化钒是将纳米空孔复合到纳米粉体内部，使得多孔层状结构的金红石相二氧化钒材料在保证材料的太阳能调节效率不变的同时提高可见光透过率。

技术领域

本发明涉及一种金红石相二氧化钒，具体涉及一种多孔层状结构的金红石相二氧化钒及其制备方法，属于材料领域。

背景技术

由于世界能源消耗的持续增长，使人们对新型可再生能源的利用和新技术的发展产生了迫切的需求。二氧化碳和其他污染气体的排放不仅对环境造成了污染，对人们的身体健康也造成了影响。因此，对能源的需求和利用成为了提高人们生活水平的因素之一，节能减排已经成为各国当前的首要任务。据估计，社会总能耗中有1/3以上为建筑能耗，因此推进建筑节能是节能减排、实现可持续发展的重点之一。由于建筑能耗中很大部分用于空调，空调能源中的一半以上通过窗户与外界的热交换流失，因此通过研制新型的智能节能窗，能有效地降低能耗，减少温室气体的排放，最终达到节能环保的目的。

目前，市场销售的节能玻璃或者节能贴膜(简称节能窗)均属于低发射率(Low～E)范畴，其特点是具有较高的可见光透过率和较低的远红外发射率(冬季隔热)，可在实现隔热保温的同时，对太阳光中的红外部分实行高遮断(适合于炎热地区)或高透过(适合于寒冷地区)。但其价格较高且不能随外界环境温度的变化对太阳光进行实时调控，属于“被动响应”型，难以适应我国大多数冬冷夏热的气候环境。其他的“主动响应”型节能玻璃，例如电致变色玻璃、气致变色玻璃，其结构复杂，造价昂贵，短期内很难普及。相比之下，而利用二氧化钒相变引起的巨大光学变化研制的热致变色节能玻璃，由于能够顺应环境温度变化实现光热透反射自动调节，无需任何人工能源，被认为是最低碳环保的节能玻璃材料之一。

制备热致变色智能玻璃有两种方式，即采用大规模磁控溅射制备二氧化钒镀膜玻璃的物理制备方式和采用纳米技术预先用化学手段制备二氧化钒纳米粉体，再将纳米粉体通过化学涂敷等方式制备成为贴膜节能玻璃的化学制备方式。与前一种方式相比，后者由于设备简单，普遍性强，价格低廉，易于大面积生产，和应用面广的显著优点，更容易为市场接受。但是，由于钒氧体系化合物种类繁多，仅二氧化钒组成就具有多种同质异构晶体结构，如何大规模合成金红石相二氧化钒粉体一直是对科研生产的挑战。目前合成金红石相二氧化钒粉体主要分为两种方法：一种是直接合成法。如专利(中国发明专利公开号CN102120615A)和文献(Solar Energy Materials&Solar Cells 95(2011)3520)利用水热法在260℃以上处理24小时一步合成金红石相二氧化钒粉体。专利(中国发明专利公开号CN104724757A)通过溶剂热反应在较低温度下一步合成金红石相二氧化钒粉体。另一种是先合成二氧化钒前驱体，然后再通过热处理或水热等手段合成金红石相二氧化钒粉体。如专利(中国发明专利公开号CN101863511A)，先利用水热法获得B相VO₂粉体，再将上述粉体封装在密闭的耐高温的容器内，在350～1200℃范围内退火，获得到金红石相二氧化钒粉体。如专利(中国发明专利公开号CN102120614)采用碱性试剂处理四价钒离子水溶液得到悬浊液前驱体，然后将悬浊液转移至水热反应釜，经水热反应、干燥分离可制得所需二氧化钒粉体。如文献(Materials Research Bulletin 40(2005)315)先利用水热法合成(NH₄)_0.5V₂O₅纳米线，再将上述粉体封装在石英管内，在570℃下退火两小时，获得了VO₂纳米线，并对其电学特性进行了表征，而并没有应用在制备节能涂料、节能贴膜或节能玻璃等相关领域。