[发明专利]一种单斜相二氧化钒纳米线薄膜及其制备方法和应用

说明书

本发明属于无机纳米材料技术领域，公开了一种单斜相二氧化钒纳米线薄膜及其制备方法和应用。本发明采用溶液相前驱体滴涂‑空气中煅烧的方法，可以在透明电极上制备得到单斜相二氧化钒纳米线；该纳米线微形貌分明，与电极结合力强，在一般非破坏性后续加工过程中都不会脱落；纳米线结晶度高，在电极表面分布均匀。而且该方法在空气气氛中常压进行，制备工艺简单，便捷，生产成本低，反应条件温和且易于控制。所制备的单斜相二氧化钒为纳米线一维结构，该类结构广泛存在的量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应和界面效应等特性，使得它可应用于光电开关、热敏电阻、光信息储存、锂离子电池等领域。

技术领域

本发明属于无机纳米材料技术领域，特别涉及一种单斜相二氧化钒纳米线薄膜及其制备方法和应用。

背景技术

钒是VB族元素，作为一种过渡族金属元素，其原子外层电子结构为3d³4s²。钒元素存在多种价态，可以与氧作用生成一系列复杂的氧化物。在钒的氧化物中，钒以+2、+3、+4、+5或者混合价态存在。钒的氧化物具有众多优异的光、电和磁学性能，因而它们的用途十分广泛，有金属“维生素”之称。其中，二氧化钒是一种具有优良的金属-绝缘相变性质的过渡金属氧化物，在众多具有相变特性的化合物中，二氧化钒的相变温度最接近室温，VO₂相变前后伴随的光学、电学和磁学性质的突变使得自身在诸多方面都有着良好的应用，比如智能控温薄膜、温控装置、光电开关、热敏电阻、光信息储存等。二氧化钒具有开放式的层状结构，层内一般为强烈的共价键，层间为弱的范德华力或氢键，方便原子或分子嵌入层间，使钒氧化合物成为很有潜力的锂电池正极材料。因而，和其它正极材料相比，二氧化钒的比容量有着明显的优势。

在材料领域，特殊的纳米微形貌是决定材料先进功能的重要因素。一维的纳米线结构具有高的活性面积，显著的光散射和优异的电荷传导能力，其制备和应用是目前研究的热点。但是，一维结构独特的晶体堆积方式和高长径比的取向性生长需求造成该类材料制备困难，有效的合成方法不足。目前，VO₂纳米线的制备方法主要有化学气相沉积法、脉冲激光沉积法、磁控溅射法、水热法等。其中，气相沉积法、磁控溅射法和脉冲激光沉积法存在工艺过程复杂，设备昂贵，制备得到的产物较少，能耗比大等不足；水热法虽然操作简单，但是可控性不好，且高压环境下安全系数低。因此有必要研发出一种工艺过程简单、成本低廉、可以实现大规模生产的单斜相一维二氧化钒纳米线的制备方法。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点与不足，本发明的首要目的在于提供一种单斜相二氧化钒纳米线薄膜的制备方法；

本发明另一目的在于提供上述方法制备的单斜相二氧化钒纳米线薄膜；

本发明再一目的在于提供上述单斜相二氧化钒纳米线薄膜在光电开关、热敏电阻、光信息储存、锂离子电池等领域中的应用。

本发明的目的通过下述方案实现：

一种单斜相二氧化钒纳米线薄膜的制备方法，包括以下步骤：

将含钒前驱体加入到乙酸和乙酰丙酮的混合溶剂中溶解并混合均匀，然后将混合均匀后的溶液滴涂在清洗干净的FTO玻璃的导电面上，超声使溶液均匀覆盖在FTO玻璃的导电面，再加热固化，重复“滴涂+加热固化”操作2～5次后在空气中煅烧即可得到目标产物单斜相二氧化钒纳米线薄膜。

所述的含钒前驱体为乙酰丙酮氧钒和五氧化二钒中的至少一种；优选为乙酰丙酮氧钒；

所述的乙酸和乙酰丙酮的混合溶剂中乙酸和乙酰丙酮的体积比为18～24：1，优选为20:1；

所述的含钒前驱体与混合溶剂的用量满足每4.75～6.25mL的乙酸和乙酰丙酮的混合溶剂对应使用0.05～1mmol的含钒前驱体；

所述的混合均匀优选为超声使含钒前驱体在混合溶剂中混合均匀，超声的条件为：300～700W功率下超声30～45min；