[發(fā)明專利]釩酸鈣微米球材料及其制備方法和應(yīng)用

有效

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• 申請日: 2016-02-02
• 公開（公告）號: CN105712401B
• 公開（公告）日: 2018-01-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張紹巖;侯夢華;候玲玲
• 申請（專利權(quán)）人: 石家莊學(xué)院
• 主分類號: C01G31/00
• 分類號: C01G31/00
• 代理公司: 石家莊眾志華清知識產(chǎn)權(quán)事務(wù)所(特殊普通合伙)13123
• 代理人: 墨偉

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于無機(jī)納米材料及其制備方法領(lǐng)域，具體涉及一種具有三維分級結(jié)構(gòu)的釩酸鈣微米球材料及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

釩酸鈣是一種化學(xué)穩(wěn)定性優(yōu)良、耐熱性及結(jié)晶性能良好的無機(jī)化合物，具有良好的光學(xué)、電化學(xué)及催化特性，在光學(xué)器件、鋰離子電池、電化學(xué)傳感器及催化領(lǐng)域具有很好的應(yīng)用前景，引起了人們的廣泛研究興趣。根據(jù)材料中Ca、V、O比例不同，可以得到多種具有不同的組成、結(jié)構(gòu)的釩酸鈣材料。目前，關(guān)于釩酸鈣材料方面的研究，其組成主要包括CaV₂O₆、Ca₂V₂O₇、Ca₁₀V₆O₂₅等。其中，關(guān)于Ca₂V₂O₇納米微米材料的研究報(bào)道較少，只要少量關(guān)于Ca₂V₂O₇的高溫固相法及水熱合成及其發(fā)光性質(zhì)的研究，并且采用高溫固相法及水熱法合成出的Ca₂V₂O₇均為不規(guī)則形狀的微米塊體結(jié)構(gòu)。

近年來，隨著納米技術(shù)的快速發(fā)展，由低維度納米尺寸單元構(gòu)建組成的三維分級結(jié)構(gòu)納/微米材料由于具有納米結(jié)構(gòu)單一組合產(chǎn)生的耦合效益、協(xié)同效益等，展現(xiàn)出更加優(yōu)異的物理和化學(xué)特性，逐漸引起了研究人員的廣泛關(guān)注，使其成為目前國際上一個(gè)重要的前沿研究領(lǐng)域，然而，現(xiàn)有技術(shù)尚未報(bào)道具有三維分級結(jié)構(gòu)的Ca₂V₂O₇微米球。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種釩酸鈣微米球材料及其制備方法和應(yīng)用，該微米球由納米顆粒組裝而成，其采用一步水熱法、無需使用任何表面活性劑，工藝簡單、操作方便，在吸光材料、電化學(xué)等方面具有應(yīng)用前景。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種釩酸鈣微米球材料，其化學(xué)組成為Ca₂V₂O₇，所述釩酸鈣微米球直徑為0.5~2μm，由納米顆粒組裝而成、具有三維分級結(jié)構(gòu)。由低維度納米尺寸單元構(gòu)建組成的三維分級結(jié)構(gòu)微米材料，具有納米結(jié)構(gòu)單一組合產(chǎn)生的耦合效益、協(xié)同效益，預(yù)期具有優(yōu)異的物理和化學(xué)特性。

所述納米顆粒的直徑為50~100nm。

上述釩酸鈣微米球材料的制備方法，包括以下步驟：

①將可溶性鈣鹽和正釩酸鈉按Ca:V摩爾比為1:1~3配制成混合溶液；

②以酸溶液調(diào)節(jié)混合溶液pH為9~10，攪拌均勻后于140~200℃反應(yīng)2~48h，得粗產(chǎn)品的溶液；

③將步驟②中所得粗產(chǎn)品的溶液冷卻至室溫，并將所得沉淀洗滌、干燥，得釩酸鈣微米球材料。

所述可溶性鈣鹽為氯化鈣、硝酸鈣或氧化鈣；可溶性鈣鹽的濃度為0.01~1mol/L。首先將可溶性鈣鹽和正釩酸鈉分別制備成可溶性溶液，然后將正釩酸鈉溶液滴加至可溶性鈣鹽溶液中。

步驟②中所述酸為硝酸、鹽酸或硫酸。pH值的調(diào)節(jié)很關(guān)鍵，當(dāng)pH控制在5.2~6.2時(shí)，其合成產(chǎn)物的化學(xué)組成為CaV₆O₁₆·3H₂O，形貌為納米線組裝成的膜材料。當(dāng)pH值高于10時(shí)，生成的產(chǎn)物不再具有三維分級結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明通過一步水熱法制備釩酸鈣微米球，在水熱反應(yīng)過程中鈣、釩、氧在分子水平上混合，得到由釩酸鈣納米顆粒組成的具有分級結(jié)構(gòu)的微米球結(jié)構(gòu)。

利用紫外可見光譜儀研究了其紫外-可見光吸收性能，結(jié)果表明上述釩酸鈣微米球材料具有較強(qiáng)的紫外-可見光吸收性能，在紫外-可見光區(qū)吸光材料中具有應(yīng)用前景。

采用上述技術(shù)方案產(chǎn)生的有益效果在于：（1）本發(fā)明首次制備了具有三維分級結(jié)構(gòu)的、純相Ca₂V₂O₇微米球材料，豐富了材料領(lǐng)域，并為光學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)、半導(dǎo)體等領(lǐng)域提供了新的材料；（2）初步研究了微米球吸光特性，結(jié)果表明其具有較強(qiáng)的紫外-可見光吸收性能；（3）本發(fā)明采用一步水熱法、濕法合成，反應(yīng)條件溫和，工藝簡單、條件可控、適宜批量生產(chǎn)，為應(yīng)用研究奠定良好技術(shù)基礎(chǔ)。

附圖說明

圖1為依實(shí)施例1制得的釩酸鈣微米球的XRD譜圖；