[發明專利]一種調節二氧化釩粉體的帶隙的方法

無效

• 申請號: 201310283298.7
• 申請日: 2013-07-08
• 公開（公告）號: CN104276602A
• 公開（公告）日: 2015-01-14
• 發明（設計）人: 高彥峰;陳石;戴雷;羅宏杰;曹傳祥;金平實
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海硅酸鹽研究所
• 主分類號: C01G31/02
• 分類號: C01G31/02
• 代理公司: 上海瀚橋專利代理事務所(普通合伙) 31261
• 代理人: 曹芳玲;鄭優麗

技術領域

本發明涉及化工領域及材料領域中的二氧化釩粉體制備，特別涉及通過摻雜調節二氧化釩粉體的帶隙的方法。

背景技術

釩的氧化物是多價態、多晶相的復雜體系，其中二氧化釩的晶體結構多達10余種，主要包括A相、B相、C相、M相、R相及水合物等10余種結晶相。目前，研究最多的是具有熱致變色性能的M/R相二氧化釩，因其可以廣泛應用于智能窗戶涂層、光電開光、熱敏電阻和光信息存儲等領域。

二氧化釩在68℃附近發生可逆相轉變，升溫過程從單斜結構半導體相變為四方結構的金屬相。二氧化釩金屬相光學帶隙為2.5eV，從金屬相轉變為半導體相過程中，費米面附近能級劈裂，產生一個0.7eV本征帶隙，相變后光學帶隙仍為2.5eV左右。然而，實驗光學帶隙測試值偏低，大約為1.5eV左右。伴隨著結構和電子相變，其光學、電學和磁學等性質發生劇烈變化。這些光學、電學、磁性性質變化與二氧化釩能帶結構具有密切關系。

二氧化釩光學、電學和磁學性質通過摻雜、膜系設計和復合膜等手段進行調控，其中摻雜是一種常用的手段。中國專利（CN102120615A）選取21～30過渡元素為摻雜元素來調控二氧化釩粉體形貌和尺寸。中國專利（CN101391814A）利用鎢摻雜可以將二氧化釩相變溫度降低至室溫。可見目前主要利用摻雜手段來調控二氧化釩相變溫度、可見光透過率，改善這些性能對二氧化釩具有重要意義。然而目前現有技術并未有任何關于調節二氧化釩帶隙的公開。

二氧化釩的帶隙與其光學性質、電學性質、催化性質密切相關。二氧化釩相變前后帶隙變化可以很好解釋可見光透過率、近紅外光透過率和中遠紅外光反射率變化規律。同時，二氧化釩相變前后帶隙變化為電子濃度、電阻率突變提供解釋工具。此外，二氧化釩與二氧化鈦具有相近結構和光學帶隙，在光學催化方向具有應用前景。通過調控二氧化釩帶隙，進而更加有效調節其光學性質、電子相變和催化性質，為二氧化釩在不同環境下應用提供有利條件。

發明內容

面對現有技術存在的問題，本專利主要研究利用摻雜來調控二氧化釩粉體帶隙。具體地。本發明人通過研究發現在二氧化釩中摻雜寬帶隙氧化物陽離子可改善二氧化釩粉體的帶隙。

在此，本發明提供一種調節二氧化釩粉體的帶隙的方法，在水熱法制備所述二氧化釩粉體的過程中摻雜入規定量的摻雜元素以使獲得的化學組成為V_1-xM_xO₂的二氧化釩粉體的光學帶隙在0～4.0eV之間連續可調，其中，0<x≤0.5，摻雜元素M為鎂、鋁、鑭、鋯、鎵、鈮、錫、鉭、錳、鎳、鉻、鋅、鈦、鎢、銻、鉍、銦或鐵。

較佳地，在制備所述二氧化釩粉體的過程中摻雜入所述摻雜元素以使獲得的二氧化釩粉體的本征帶隙在0～2eV之間連續可調。

較佳地，在制備所述二氧化釩粉體的過程中摻雜入摻雜元素鎂、鋁、鑭、鋯、鎵、鈮、錫、鉭、錳、鎳、鉻、鋅或鈦以使獲得的二氧化釩粉體的光學帶隙在1.6～4.0eV之間連續可調，本征帶隙在0.71～2eV之間連續可調。在更為優選的實施例中，在制備所述二氧化釩粉體的過程中摻雜入該摻雜元素以使獲得的二氧化釩粉體的光學帶隙在1.6～2.5eV之間連續可調，本征帶隙在0.71～1.2eV之間連續可調。

又，較佳地，在制備所述二氧化釩粉體的過程中摻雜入摻雜元素鎢、銻、鉍、銦或鐵以使獲得的二氧化釩粉體的光學帶隙在0～1.4eV之間連續可調，本征帶隙在0～0.6eV之間連續可調。

優選的，0.001<x≤0.5，更優選0.001<x≤0.1，由其優選0.01≤x≤0.05。

本發明通過在水熱法制備二氧化釩粉體的過程中摻入規定的摻雜元素并控制摻雜元素的摻入量，以簡單易控的方法實現二氧化釩帶隙可調。本發明的方法在調節二氧化釩帶隙還可調節二氧化釩粉體的形貌尺寸和/或相變溫度，有望在節能減排或能源催化信息等領域將得到應用。

附圖說明

圖1為實施例1所制得的二氧化釩粉體的X射線衍射圖；

圖2為實施例1所制得的二氧化釩粉體的透射電子顯微鏡圖；

圖3為實施例1所制得的二氧化釩粉體的升溫示差掃描量熱曲線；

圖4為實施例1所制得的二氧化釩粉體紫外可見吸收光譜；

圖5為實施例2所制得的二氧化釩粉體紫外可見吸收光譜。

具體實施方式

以下，參照附圖，并結合下述實施方式進一步說明本發明。應理解，附圖和/或具體實施方式僅用于說明本發明而非限制本發明。