[发明专利]一种氧化钒掺杂纳米线静电纺丝的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及化工领域及纳米材料合成领域，尤其是涉及采用静电纺丝的方法制备掺杂二氧化钒纳米线的方法 

技术背景

能源问题是一个国家的战略问题，同时也是在21世纪人类社会要保持高速可持续发展所面临的重大挑战之一；为了应付来自化石类等常规能源短缺以及由此引发的能源价格攀升问题和由于使用化石类燃料而引发的环境污染所带来的关于全球气候变暖、生态环境恶化等的挑战，节能减排已经越来越受到大家的关注。当前中国建筑能耗占社会总能耗的27％左右；建筑能耗中，玻璃门窗的能耗占到全部建筑能耗的40％～50％，因此窗户的节能是建筑节能中需要重点解决的问题；伴随的人们的需求，智能化的变色玻璃开始得到了越来越多的研究和关注，近年来，世界各国开始研究热致变色涂层材料，而以钒的氧化物为基础的薄膜涂层是人们研究的热点。 

M相的二氧化钒，在温度低于68℃时，是稳定的单斜晶体结构，呈半导体相，其能带间隙约为0.6eV，对于可见光和红外都具有很好地透过率，当温度高于68℃时，由单斜结构转变为四方金红石结构，费米能级和V3d能带消除了上述能带，禁带变成了导带，呈金属相，从而导致了二氧化钒透过率发生了明显的变化，尤其是在红外附近具有较高的反射或不透明，但是，68℃的相变温度远高于实际运用温度25℃，另一方面，二氧化钒的颜色是深棕色，作为玻璃涂层不美观，为此，很多研究人员围绕降低相变温度和增加可见光透过率开展研究。 

大量研究表明，通过掺杂其他金属元素（如W、MO等）以及非金属元素（F等）可以有效的控制相变温度，将其从68℃降低至实际室温，甚至更低的温度。本发明中使用钨进行参杂，这是因为钨原子掺杂进入二氧化钒中，取代钒原子占据其所在位置，由于钨原子直径比钒原子大，这种替位掺杂能够充分抑制晶粒的长大，在不破坏原有形貌的同时，有效地控制二氧化钒的尺寸，提高光学带隙，提高太阳光的透过率。 

静电纺丝技术是将聚合物熔体或者溶液在高压静场作用下形成纤维，是目前制备一维纳米材料的重要方法之一；目前。利用静电纺丝方法，人们已成功制备住了SiO₂、TiO₂、SnO₂、NiFeO₄、V₂O₅等无机纳米纤维；中国专利CN103282576公开了一种钒酸盐纳米纤维催化剂及其制备方法：利用醇溶性的有机钒盐为前去体，借助PVP制备纺丝液体，通过静电纺丝制备成丝，高温焙烧得到钒盐纳米纤维光催化剂；相关文献中，H.Y.Kim等将VO(OC₃H₇)₃作为前驱体和PVAC混合，制备得到五氧化二钒纳米线【H.Y.Kim等，Reviews On Advanced Materals Science 2003】；2010年Danmei Yu等以三异丙醇氧钒为原料，加入PVP，制备介孔五氧化二钒纳米纤维，利用其较大的比表面积有效地提高了锂电池的储蓄性能【Danmei Yu、Changguo Chen等，Energy Environmental Science 2010】；上述方法制备的都是V₂O₅纳米线，其未经过热处理的纳米线的直径为500-700nm之间，热处理之后的直径也在200-300nm左右；同时，纳米线表面的纳米颗粒不均匀，尺寸在50-200nm。 

本专利希望通过静电纺丝、氢还原和掺杂集成技术制备出一种由10-40nm的VO₂纳米掺杂颗粒形成的直径为30-60nm的纳米线。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种钨掺杂的二氧化钒纳米线的制备方法，将掺杂技术和静电纺丝技术结合到一起，有效地将+6价的钨掺杂进入五氧化二钒中。同时。再利用氢还原的方法，不仅有效地还原五氧化二钒，并且将钨还原成了+4价，从而得到高纯度的V_1-xW_xO₂ 纳米线，式中，0<x ≤ 0.5。得到的纳米线的制备工艺简单简单，直径可控，纯度高。 

一种氧化钒掺杂纳米线静电纺丝的制备方法，所述氧化钒掺杂纳米线的分子式为V₁-xWxO₂ ，式中，0<x ≤0.5，包括： 

一、配置混合浆料

将钒源分散在溶剂中，使得钒源完全溶解，再调节pH值为2-3，搅拌至混合均匀得到含有钒离子浓度为0.05-0.5mol/L的混合溶液，将钨源按化学计量比加入到混合溶液中，继续搅拌至混合均匀，静置后得到混合浆料。