一種均勻空心球狀VN納米顆粒的制備方法技術

本發明專利技術涉及一種均勻空心球狀VN納米固體材料的合成方法。具體為室溫下，將含釩化合物溶于溶劑中，充分攪拌形成穩定的溶液。將混合溶液轉移至具有聚四氟乙烯內襯的不銹鋼高溫高壓反應釜中，進行水熱反應，在180～220℃下加熱18～72h，冷卻至室溫。所得產物用去離子水或無水乙醇清洗，離心過濾，于50～60℃下真空干燥。得到的產物在氬氣中一定溫度下加熱一定時間，制備空心球狀VO

【技術實現步驟摘要】
一種均勻空心球狀VN納米顆粒的制備方法
本專利技術涉及材料合成
，尤其涉及空心球狀結構VN固體材料的制備方法。
技術介紹
氮化釩具有十分高的熱化學穩定性、強的機械性能，廣泛用于切削工具、磨具和結構材料；氮化釩也是一種良好的催化劑，具有高催化活性、高選擇性、良好的穩定性和抗中毒性能。細粒度的氮化釩能有效提高催化活性，改善結構材料的韌性。因此制備納米氮化釩粉體是近年來研究的熱點課題之一。與粉體材料相比，VN的薄膜和納米顆粒，可以更好的消除多次相變造成的應力，并且可通過摻雜降低相變溫度使其更接近室溫，因此具有更加誘人的應用前景。因此VN薄膜及納米顆粒的制備方面就開始了相當多的研究，液相法制備VN納米結構，相較于其他方法而言，易于摻雜，工藝簡單，不需特殊設備的優點，因而有望進行大規模生產，其中水熱法是目前液相化學制備VN納米結構的主要方法。目前常用的制備方法有:化學氣相沉積(CVD)、溶膠-凝膠合成法(sol-gelmethod)、濺射沉積及脈沖激光沉積(PLD)、離子注入等。專利號CN104532405A公開了一種氮化釩多孔空心納米纖維及其制備方法，具體步驟為：(1)配制紡絲液；(2)采用靜電紡絲技術制備PVP/C6H8O7/NH4VO3復合納米纖維；(3)制備V2O5多孔空心納米纖維,將所制備的PVP/C6H8O7/NH4VO3復合納米纖維進行熱處理得到；(4)制備VN多孔空心納米纖維,將所制備的V2O5多孔空心納米纖維置于高純石墨坩堝中,用流動的NH3氣進行氮化,得到VN多孔空心納米纖維,具有良好的結晶性,屬于立方晶系,直徑為353.77±2.23nm,長度大于20μm。高兆輝、張浩等人公開了一種模板法制備VN納米材料的方法，具體合成步驟是：以十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)作為模板劑制備多孔VN，稱取一定量的CTBA溶于100ml無水乙醇中，攪拌使其完全溶解，加入一定量的去離子水，混合均勻后加入適量C2H2O4﹒2H2O2,稱取一定量的NH3VO4緩慢加入到上述溶液中,其中n(NH3VO4):n(CTBA)＝5:1,持續攪拌,與一定溫度下烘干,與空氣氣氛中在管式爐中300℃熱處理1h,將所得VO2前驅體放入管式爐中于500℃與NH3反應12h，得到多孔VN。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供一種均勻空心球狀結構VN納米固體材料的制備方法。與其他方法相比，本專利技術具有反應過程簡單，反應時間短，無需任何復雜的操作及特殊的設備等優點。本專利技術合成的VN納米球大小較為均一、分散性好、比表面積較大，具有很好的應用前景。本專利技術采取的技術方案為：一種均勻空心球狀VN納米固體材料的制備方法，包括步驟如下：(1)室溫下，將一定量含釩化合物(氧化乙酰丙酮合釩、VO2(P)、VOSO4·xH2O、NH4VO3其中一種)溶于一定量的溶劑(苯甲醇、四氫呋喃、去離子水、H3PO4、NaOH、HCl、HNO3中的一種或幾種)中，充分攪拌一定時間，形成穩定的溶液。(2)將混合溶液轉移至聚四氟乙烯內襯(35或50ml)的不銹鋼高溫高壓反應釜中，進行水熱反應，在180～220℃下加熱18～72h，之后冷卻至室溫。(3)所得產物用去離子水和無水乙醇分別清洗次數范圍3～5次，離心過濾，于50～60℃下真空干燥，得到新六方錳礦型VO2納米固體材料。(4)干燥后的產物在氬氣氣氛中一定溫度下加熱一定時間，制備空心球狀VO2納米固體材料。然后通入氨氣氮化VO2制備空心球狀VN納米固體材料。(5)將制備好的VO2樣品置于氬氣中在350℃下加熱6h和48h得到空心球狀VO2(R)和VO2(M)納米固體材料。(6)將合成的VO2納米固體材料在通入氨氣的情況下于400℃～700℃下加熱30min～4h得到VN納米固體材料。上述實驗過程得到的具有晶界豐富結構和球狀空心結構VN納米固體材料具有均一穩定的結構，實現了專利技術的目的。現有的合成納米VN的常見方法為：高溫真空制備及高溫非真空制備方法，這些方法通常需要高溫環境且反應周期長，制備出的產物純度不高，易混有雜質且沒有特殊形貌。本專利技術方法成功合成了具有均勻球狀空心結構的VN納米顆粒，與現有的制備VN納米材料的方法相比優點為：合成方法簡單，反應過程環保，所用反應物價廉易得，反應條件溫和可控。本方法的有益效果為產物大小形貌均勻，比表面積較大，參加反應時活性高，可參與反應的活性位點較多。附圖說明圖1是制備的具有空心球狀結構的新六方錳礦型VO2的SEM圖片。圖2是制備的具有空心球狀結構的新六方錳礦型VO2的XRD圖片。圖3是制備的具有空心球狀結構的VO2(R)的SEM圖片。圖4是制備的具有空心球狀結構的VO2(R)的XRD圖片。圖5是制備的具有空心球狀結構的VO2(M)的XRD圖片。圖6是制備的空心球狀結構VN的SEM的圖片。圖7是制備的空心球狀結構VN的TEM的圖片。圖8是制備的空心球狀結構VN的XRD的圖片。具體實施方式下面結合具體實施例進一步說明。實施例1室溫下，將1mmol的氧化乙酰丙酮合釩溶解在38ml的苯甲醇中，置于磁力攪拌器上，充分攪拌形成棕色溶液，邊攪拌邊向溶液中加入4ml去離子水。攪拌5min后，將溶液轉移一個50ml的具有聚四氟乙烯內襯的不銹鋼高溫高壓反應釜中，置于馬弗爐中在180℃下水熱反應24h，然后冷卻至室溫，所得產物用無水乙醇清洗三遍，除去可能殘余的雜質，離心過濾，在60℃下真空干燥，如圖1、圖2所示，得到新六方錳礦型VO2納米固體材料。將干燥后的產物在氬氣中于350℃下加熱6h和48h。如圖3～5所示，得到具有空心球狀結構的VO2(R)和VO2(M)。將合成的VO2放入石英舟內，將石英舟放在有密封的焊接不銹鋼閥門的石英管內，通入氨氣，樣品在管中加熱到500℃，以4℃每分鐘升溫，在500℃下加熱30min，關閉加熱爐電源，冷卻至室溫，如圖6～8所示，得到空心球狀結構VN納米固體材料。實施例2室溫下，將100mL的燒杯置于磁力攪拌器上，將0.06g次鐵礦釩VO2(P)加入到56ml去離子水與4ml四氫呋喃的混合溶液中，攪拌8min后，將溶液轉移一個100ml的具有聚四氟乙烯內襯的不銹鋼高溫高壓反應釜中，置于馬弗爐中在220℃下加熱72h，然后冷卻至室溫，所得產物用無水乙醇和去離子水清洗三遍，除去可能殘余的雜質，離心過濾，在60℃下真空干燥，得到新六方錳礦型VO2納米固體材料。將干燥后的產物在氬氣中于350℃下加熱6h和48h。得到具有空心球狀結構的VO2(R)和VO2(M)。將合成的VO2放入石英舟內，將石英舟放在有密封的焊接不銹鋼閥門的石英管內，通入氨氣，樣品在管中加熱到600℃，以4℃每分鐘升溫，在600℃下加熱50min，關閉加熱爐電源，冷卻至室溫，得到具有空心球狀結構的VN納米固體材料。實施例3將0.1085gVOSO4·xH2O溶解于40ml去離子水中，向溶液中加入1ml的H3PO4(1mol/L)，然后加入0.135g的NaOH，置于磁力攪拌器上攪拌10min,將溶液轉移一個50ml的具有聚四氟乙烯內襯的不銹鋼高溫高壓反應釜中，置于馬弗爐中在220℃下加熱18h，然后冷卻至室溫，所得產物用無水乙醇和去離子水清洗三遍，除去可能殘余的雜質，離心過濾，在60℃下真空干燥，得本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種均勻空心球狀VN納米顆粒的制備方法，其特征在于，所述方法包括：1)將含釩化合物溶于溶劑中，充分攪拌，得到穩定的混合溶液，進一步進行水熱反應；2)得到的產物在氬氣中加熱，制備空心VO

【技術特征摘要】
1.一種均勻空心球狀VN納米顆粒的制備方法，其特征在于，所述方法包括：1)將含釩化合物溶于溶劑中，充分攪拌，得到穩定的混合溶液，進一步進行水熱反應；2)得到的產物在氬氣中加熱，制備空心VO2納米固體材料；3)然后通入氨氣，升溫至400℃-700℃，升至所需溫度后加熱30min～4h，氮化VO2制備得到空心球狀VN納米固體材料。2.如權利要求1所述的制備方法，其特征在于：所述含釩化合物包括氧化乙酰丙酮合釩、VO2(P)、VOSO4·xH2O、NH4VO3中的一種或兩種以上。3.如權利要求1所述的制備方法，其特征在于：所述的溶劑包括苯甲醇、四氫呋喃、去離子水、H3PO4、NaOH、HCl、HNO3中的一種或兩種以上。4.如權利要求1所述的制備方法，其特征在于：步驟1)中所述水熱反應的方法為：將混合溶液轉移至聚四氟乙烯為內襯的不銹鋼高溫高壓反應釜中在180～220℃下加熱18～72...

【專利技術屬性】
技術研發人員：楊明輝，劉紅紅，鄒明明，焦雨桐，
申請(專利權)人：中國科學院大連化學物理研究所，
類型：發明
國別省市：遼寧,21