[發(fā)明專利]一種銳鈦礦氧化鈦包覆二氧化釩復(fù)合納微粉體及其制備方法和應(yīng)用

在審

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• 申請(qǐng)日: 2016-03-26
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN105712402A
• 公開(kāi)（公告）日: 2016-06-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 高彥峰;盧霄瑪;孫怡婷
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海大學(xué)
• 主分類號(hào): C01G31/02
• 分類號(hào): C01G31/02
• 代理公司: 上海上大專利事務(wù)所(普通合伙) 31205
• 代理人: 顧勇華

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于功能性納米復(fù)合材料領(lǐng)域，具體涉及一種高分散二氧化鈦包覆二氧化釩納微顆粒及其制備方法，可用于需要智能調(diào)控太陽(yáng)光透過(guò)率的產(chǎn)品，比如建筑和車船玻璃，頂棚墻面的涂料，智能調(diào)溫紡織品等。

背景技術(shù)

二氧化釩作為一種固態(tài)相變材料，擁有在相變前后對(duì)自然光中熱量的主要來(lái)源——紅外線的透過(guò)/阻隔效果，不但可以滿足控溫需要，且由于相變前后氧化釩僅是晶格結(jié)構(gòu)的改變沒(méi)有液態(tài)物質(zhì)出現(xiàn)，便不存在滲漏的危險(xiǎn)，尤其適合戶外有陽(yáng)光照射地方的溫度調(diào)節(jié)。

但是，使用二氧化釩納米粉體作為節(jié)能涂料等應(yīng)用尚存在一些重要的技術(shù)難題，主要是由于4價(jià)的釩化合物并不是通常的最穩(wěn)定狀態(tài)，容易在空氣或潮濕環(huán)境中逐漸轉(zhuǎn)化為高價(jià)態(tài)的五氧化二釩，呈現(xiàn)毒性并失去熱致變色性能。如果可以在二氧化釩顆粒表面包上一層性能穩(wěn)定的化合物，便可因它的保護(hù)作用避免了4價(jià)的釩向毒性五價(jià)釩化合物的轉(zhuǎn)化。而能對(duì)二氧化釩顆粒進(jìn)行包裹的穩(wěn)定氧化物有較多選擇。其中，利用銳鈦礦相二氧化鈦對(duì)二氧化釩進(jìn)行包覆可以獲得多重效果：①可以同時(shí)具有熱致變色智能調(diào)光功能和光催化輔助環(huán)境凈化功能；②可以保護(hù)內(nèi)部的二氧化釩的穩(wěn)定價(jià)態(tài)不致毒化；③包覆后外殼將與二氧化釩顆粒構(gòu)成新的光學(xué)結(jié)構(gòu)單元，類似設(shè)計(jì)多層膜獲得反射防止效果一樣，利用這種核殼結(jié)構(gòu)的復(fù)雜的光學(xué)效應(yīng)可獲得出更大的光學(xué)效果；④由于TiO₂與各種基材均具有良好的親和特性，包覆有利于改善VO₂與基材的親和特性。

最近，中國(guó)專利（公開(kāi)號(hào)CN103663546）公開(kāi)了一種利用先水浴使非晶態(tài)二氧化鈦前驅(qū)物（實(shí)際上是鈦氧水合物）包裹住二氧化釩微粒再煅燒使二氧化鈦結(jié)晶的制備包覆納微粉體的方法，此法有效地解決了二氧化釩應(yīng)用的部分技術(shù)難題。但是由于煅燒之前需要把包覆粉料烘干，固態(tài)二氧化鈦包覆二氧化釩納微粉體具有較大的比表面積，所以無(wú)法避免因團(tuán)聚而形成巨大的二次粒子，這種被物理和化學(xué)力結(jié)合在一起的二次粒子用一般的分散方法（如超聲波分散，研磨等）很難將其重新恢復(fù)到均勻分散的納微粒子狀態(tài)，為后續(xù)工序，如分散增加了難度。通過(guò)先包覆鈦氧水合前驅(qū)物再高溫加熱結(jié)晶的方法，由于結(jié)晶包覆體和非晶前驅(qū)物地物理化學(xué)性質(zhì)存在顯著不同，結(jié)晶收縮等必然造成包覆體中出現(xiàn)裂紋，從而引起期望的防酸抗氧化特性消失。此外，由于VO₂高溫穩(wěn)定性較差，加熱工序既要保證氧化鈦結(jié)晶，又要避免VO₂被氧化失效，工藝條件（如氣氛和溫度等）的選擇范圍窄，重復(fù)性差。

本發(fā)明介紹了一種利用溶劑熱，使二氧化鈦殼層原位結(jié)晶的方法，省略了烘干再煅燒的步驟，操作簡(jiǎn)單，重復(fù)性高。且此法制得的二氧化鈦包覆二氧化釩納微粉體溶液分散均勻，不但滿足后續(xù)諸多應(yīng)用對(duì)均勻涂覆液的需要，還能更進(jìn)一步還滿足制膜的需要，是一種應(yīng)用范圍很廣的方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種銳鈦礦氧化鈦包覆二氧化釩復(fù)合納微粉體及其制備方法和應(yīng)用。

本發(fā)明一種氧化鈦包覆氧化釩納微粉體，其特征是，所述氧化鈦包覆氧化釩納微粉體，其內(nèi)層為氧化釩，且所述氧化釩為金紅石晶型二氧化釩納微粉體；以及外層為氧化鈦，且所述氧化鈦為銳鈦礦晶型二氧化鈦。

所述的納微粉體，其特征在于，所述氧化釩為長(zhǎng)短軸比為3的近似等方形狀納米結(jié)晶，且平均粒徑為100nm；優(yōu)選地，所述長(zhǎng)短軸比為1~2；所述粒徑為20~60納米。

所述的納微粉體，其特征在于，所述氧化釩為長(zhǎng)短軸比≥3的棒狀結(jié)晶，短軸最小直徑≤500納米，長(zhǎng)軸長(zhǎng)度在1微米以上；優(yōu)選地，所述短軸直徑為50~300納米；所述長(zhǎng)軸長(zhǎng)度為1~15微米。

所述的納微粉體，其特征在于，所述氧化鈦的包覆厚度為300nm；優(yōu)選地，所述氧化鈦的包覆厚度為5~100nm。

所述的納微粉體,其特征在于，所述氧化鈦均勻包覆所述氧化釩，其中所述包覆厚度的最厚處和最薄處相差不大于3倍。

一種氧化鈦包覆氧化釩復(fù)合納微粉體的制備方法，其特征在于包括如下步驟：

采用水熱法制備所述氧化釩納微粉體，所述氧化釩為金紅石晶型二氧化釩納微粉體；采用化學(xué)法將氧化鈦包覆在所述氧化釩納微粉體的表面；得到氧化鈦初步包覆的氧化釩納微粉體；采用溶劑熱法將氧化鈦包覆層結(jié)晶；獲得所述的銳鈦礦型氧化鈦包覆氧化釩納微粉體。

上面所述水熱法制備所述氧化釩納微粉體包括

如下步驟：

(a)配置氧化釩前驅(qū)體的釩化合物、雙氧水和還原劑的分散液，根據(jù)需要在分散液中加入一定的含摻雜元素的前驅(qū)體，并根據(jù)需要用酸堿調(diào)節(jié)；