[发明专利]一种高质量草状五氧化二钒晶体及其制备方法和基于其的低维材料

说明书

本发明属于晶体材料技术领域，具体公开了一种高质量草状V₂O₅晶体及其制备方法。本发明采用一种改进版的物理气相沉积法制备V₂O₅晶体，即V₂O₅粉末在高温区蒸发成V₂O₅气体分子，在低温区沉积生长形成V₂O₅晶体。在制备过程中，携带V₂O₅气体分子的载气(氧气)通过倒机翼状载板时，由于上下气流流速不同，产生压强差，增强了V₂O₅气体分子在衬底上沉积的效率。本发明的制备方法工艺简单，效率高，可适用于规模化生产，同时本发明制备得到的草状V₂O₅晶体具有表面光滑、物相单一、结晶性好以及大尺寸等特点，此外，通过加工处理可得到V₂O₅的低维纳米结构材料，为进一步研究V₂O₅的相关性能、应用提供了原材料。

技术领域

本发明属于晶体材料技术领域，特别涉及一种高质量草状五氧化二钒(V₂O₅)晶体及其制备方法和基于其的低维V₂O₅材料，包括V₂O₅纳米线、V₂O₅纳米片以及V₂O₅纳米带。

背景技术

五氧化二钒(V₂O₅)是VO、VO₂和V₂O₃等钒氧化物体系中最为稳定的化合物，其具有正交层状结构，为储能应用提供了较高的离子存储容量。近年来，研究人员利用物理气相沉积、电纺丝、水热和缩聚等多种技术制备了V₂O₅薄膜，由于其具有高的比表面积和表面活性，目前已被开发得到用于各种应用的V₂O₅结构器件，如场发射体、晶体管、化学传感器和锂电池。此外，在可见光区域具有直接光学带隙(2.2-2.7eV)的V₂O₅也激发了光电应用的研究，如光电探测、光波导和高速光电开关。

此外，V₂O₅的低维纳米结构，如纳米线、纳米带和纳米片也得到了广泛的关注。虽然目前有几项研究提出了一些V₂O₅低维纳米结构的制备方法，如Fu等人采用水热合成大规模、高度有序的五氧化二钒(V₂O₅)纳米线阵列；2015年，Welenc等人通过溶胶凝胶法制备了纳米结构的V₂O₅，并通过焙烧温度实现了对V₂O₅形貌的调控；此外，Chen等人以聚苯乙烯球为模板，并以电沉积为辅助，成功制备V₂O₅纳米球阵列。但这些V₂O₅低维纳米结构的制备方法存在许多缺点，例如制备工艺复杂、重复性低、无法大批量制备等。制备工艺的局限性使得在V₂O₅的低维效应及其应用的研究受到限制。因此，急需找到一种工艺简单、产量高、可以得到多种纳米结构的V₂O₅晶体的制备方法。

发明内容

为克服现有技术的缺点与不足，本发明首要目的是提供一种高质量草状V₂O₅晶体的制备方法。

本发明采用一种简单的改进版物理气相沉积法(PVD)制备了草状的V₂O₅晶体，通过处理，可以得到纳米线、纳米片以及纳米带等低维V₂O₅材料。