[发明专利]一种制备二氧化钒粉体的方法

说明书

技术领域

本发明涉及化工领域及材料领域中的二氧化钒粉体制备，特别涉及水热法制备二氧化钒粉体。

背景技术

钒的氧化物是多价态、多晶相的复杂体系，其中二氧化钒的晶体结构多达10余种，主要包括A相、B相、C相、M相、R相及水合物等10余种结晶相。

目前，研究最多的是具有热致变色性能的M/R相二氧化钒，因其可以广泛应用于智能窗户涂层、光电开关、热敏电阻和光信息存储等领域：在全球能源供应趋紧和环境日益恶化的形势下，节能减排已成为世界各国共同的目标。联合国环境规划署2009年12月11日发表的一份报告称：全球温室气体排放有1/3与建筑物耗能有关。我国是能耗大国，每年损耗的能源相当于15亿吨标准煤，其中30%左右为建筑耗能。而建筑耗能中最严重的是玻璃，其能量损耗占整个建筑能耗的50%。因此通过推进建筑物节能，开发节能玻璃，有望大幅降低温室气体排放和能耗。

目前市场上在售的节能玻璃以低辐射玻璃（Low-E玻璃）为主，其具有对可见光高透过及对中远红外线高反射的特性，使其与普通玻璃及传统的建筑用镀膜玻璃相比，可大大降低因辐射而造成的室内热能向室外的传递。然而Low-E玻璃不仅售价高，而且不够“智能”，因此急需研发具有自主知识产权的下一代智能节能玻璃。金红石相二氧化钒是一种具有相变性质的金属氧化物，其在68℃发生由低温单斜相（M相）到高温金红石相（R相）的可逆金属半导体相转变。伴随着这种结构变化，其电导率、磁化率、光透过率等物理性质都发生剧烈变化，使其在智能温控玻璃上具有较大用处。

采用二氧化钒粉体在制备薄膜时，常用的方法包括反应溅射、反应蒸镀、化学气相沉积、溶胶凝胶法、脉冲激光剥蚀等，但这些方法存在着设备昂贵、工艺参数控制复杂、工艺稳定性差或沉积速率低、成膜面积小、不适合批量生产等局限性。此外，如果将现有玻璃全部替换成节能玻璃成本太大，所以优先考虑在现有普通玻璃的基础上进行节能改造，即将具有智能节能作用的二氧化钒薄膜涂覆在现有普通玻璃上。

已有的M/R相二氧化钒粉体多采用高温烧结法，中国专利CN 10164900A公开一种掺杂钨二氧化钒的制备方法：先制备B相二氧化钒粉体，然后经350～800℃高温热处理得到R相二氧化钒粉体。现有M/R相二氧化钒粉体还有喷雾热分解法（美国专利 US5427763）、热分解法（中国专利 CN 1321067C）、溶胶凝胶法（美国专利 US6682596）和反微乳液法（WO 2008/011198 A2）等。本申请人之前的中国专利申请CN 101391814A还公开一种一步水热法制备R相二氧化钒粉体的方法。

A相二氧化钒最初是由 Théobald （F. Théobald, J. Less-Common Met., 1977.）以 V₂O₃-V₂O₅-H₂O体系来水热合成VO₂时发现的，其中VO₂(A)是作为VO₂(B)向VO₂(R)转化过程中的中间相出现的。20年后，Y. Oka（Y. Oka, J. Solid State Chem., 1998.）首次发现了VO₂(A)也具有相变性质，并第一次解析了相变前后的晶体结构变化。由于VO₂(A)具有类似于VO₂(B)的层状结构，因此它应该也可以如VO₂(B)一样用于电池的电极材料（A.M. Kannan, Solid State Ionics, 2003.; L.Q. Mai , Nano Lett., 2010.）。但是由于合成方面的困难以及人们的认识不足，VO₂(A)的研究进展一直很慢但是由于制备方面的难度，A相的VO₂一直以来都没有引起广大科研工作者足够的重视。

发明内容

鉴于二氧化钒粉体的广泛应用，需要开发一种工艺简单，成本低廉的制备方法。

本发明人在此认识到，在水热反应前，处理反应前驱体以使水热反应更容易进行是有利的。在此，本发明提供一种制备二氧化钒粉体的方法，包括采用碱性试剂处理四价钒离子水溶液得到悬浊液的前驱体处理工序。

在水热反应前，利用碱处理反应前驱体，可以使后续的水热反应更容易，水热反应温度低，收率更高，适合规模生产。