專利名稱：一種采用水熱/溶劑熱法合成堿土金屬釩酸鹽微/納米材料的方法
一種采用水熱/溶劑熱法合成堿土金屬釩酸鹽微/納米材
料的方法技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于微/納米功能材料合成領(lǐng)域，尤其是涉及一種采用水熱/ 溶劑熱法合成堿土金屬釩酸鹽微/納米材料的方法。本發(fā)明中，通過(guò)調(diào)控相關(guān)反應(yīng)工藝參數(shù)，可控制備出具有不同維數(shù)、不同形貌的系列堿土金屬釩酸鹽微/納米材料。背景技術(shù)：
堿土金屬釩酸鹽微/納米材料集釩元素價(jià)態(tài)多變、釩-氧空間配位方式靈活、堿土金屬鹽結(jié)晶性和導(dǎo)電導(dǎo)熱性好、納米材料表面效應(yīng)及小尺寸效應(yīng)等特征于一體，而成為一類可廣泛應(yīng)用于能量?jī)?chǔ)存與轉(zhuǎn)化、永磁超導(dǎo)、生物醫(yī)藥、催化氧化、航空航天等領(lǐng)域的重要功能材料，也是現(xiàn)代功能材料發(fā)展的重要方向之一，具有光明的市場(chǎng)應(yīng)用價(jià)值和開發(fā)潛力。近年來(lái)，金屬釩酸鹽微/納米材料的研究受到了極大的關(guān)注，國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者圍繞如何制備形貌規(guī)整的金屬釩酸鹽微/納米材料開展了系列工作，以滿足人們對(duì)優(yōu)異材料性能的需求，并已取得了一定的科研成果(如:S. A. Korili, P.Ruiz, B. Delmon, J.Am. Chem. Soc.，1996,638，192 ;J. G. Yu, J. C. Yu, W. K. Ho, L. Wu, X. C. Wang, J. Am. Chem. Soc.， 2004，126,3422.)。但就儲(chǔ)量豐富且價(jià)格低廉的堿土金屬而言，所對(duì)應(yīng)的堿土金屬釩酸鹽微/納米材料的合成研究較少，尤其對(duì)其合成規(guī)律的研究尚處于初級(jí)階段。目前，該類塊體材料的制備方法主要有高溫固相法、共沉淀法、溶膠-凝膠法等(如M. J. Holgado, S. San Roman, P. Malet, V. Rives, Mater. Chem. Phys. 2005,89,49 ；Y. Takita, K. Kikutani, C. Xia, H. Takami, K. Nagaoka，App 1. Catal.，A :Gen. 2005,283,209.)；這些傳統(tǒng)的制備方法存在反應(yīng)過(guò)程能耗高、操作繁瑣、產(chǎn)物尺寸較大且粒徑分布不均等科學(xué)問題(如S. Sugiyama, Τ. Hashimoto,Y. Morishita, N. Shigemoto, H. Hayashi, Appl. Catal. , A :Gen.2004,270,253 ； P. Parhi, S. Upreti，A. Ramanan. Cryst. Growth Des. 2010，10,5078.)。尤其是合成形貌規(guī)整、尺寸均一的堿土金屬釩酸鹽微/納米材料仍然存在一定的技術(shù)瓶頸；特別地，更少文獻(xiàn)報(bào)道如何通過(guò)一步合成法可控制備出具有不同維數(shù)、不同形貌的系列堿土金屬釩酸鹽微/ 納米材料。因此，本發(fā)明專利針對(duì)上述關(guān)鍵技術(shù)問題提供一種采用水熱/溶劑熱法合成堿土金屬釩酸鹽微/納米材料的方法，其對(duì)于推廣系列堿土金屬釩酸鹽微/納米材料的應(yīng)用研究具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。本發(fā)明采用水熱/溶劑熱法制備堿土金屬釩酸鹽微/納米材料，該方法具有反應(yīng)溫和、操作簡(jiǎn)單、材料形貌易于控制等優(yōu)點(diǎn)；更為關(guān)鍵的是反應(yīng)過(guò)程中原料始終處于高溫高壓的密閉環(huán)境中，這種生長(zhǎng)過(guò)程可以增大原料的溶解性，利于反應(yīng)物達(dá)到過(guò)飽和度后實(shí)現(xiàn)晶體有序生長(zhǎng)、化學(xué)反應(yīng)熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)增強(qiáng)，從而能夠完成在原子、分子水平控制產(chǎn)物的設(shè)計(jì)合成，便于可控制備出缺陷少、材料結(jié)構(gòu)規(guī)整、粒度均勻的目標(biāo)產(chǎn)物，為微/納米功能材料的合成開拓一條嶄新的高效制備途徑(如:Y. Sun, C. S. Li，W. J. Zheng, Cryst. Growth Des. 2010，10，262 ；Y. Sun, W. J. Zheng, Dalton Trans. 2010，39，1.)?；谝陨峡紤]，本發(fā)明專利采用水熱/溶劑熱法合成堿土金屬釩酸鹽微/納米材料，通過(guò)調(diào)整反應(yīng)物濃度、反應(yīng)時(shí)間、反應(yīng)溫度、體系酸堿度等關(guān)鍵實(shí)驗(yàn)參數(shù)，力求生長(zhǎng)出尺寸均勻、形貌規(guī)整、晶體結(jié)構(gòu)完美的小尺寸材料，為該類材料在更廣闊領(lǐng)域的普遍應(yīng)用提供堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明專利的內(nèi)容是提供一種水熱/溶劑熱法合成堿土金屬釩酸鹽微/納米材料的方法；其特點(diǎn)在于通過(guò)調(diào)控反應(yīng)實(shí)驗(yàn)參數(shù)來(lái)選擇性地制備出具有不同維數(shù)、不同形貌的系列堿土金屬釩酸鹽微/納米材料，此方法的特征是產(chǎn)物形貌均一、尺寸規(guī)整、反應(yīng)條件溫和、操作步驟簡(jiǎn)單且適合低成本規(guī)模生產(chǎn)。本發(fā)明的技術(shù)方案一種水熱/溶劑熱法合成堿土金屬釩酸鹽微/納米材料的方法，以偏釩酸銨和堿土金屬鹽為原料，氫氧化鈉、氫氧化鉀、鹽酸或硝酸中的一種、兩種或兩種以上的任意組合為體系PH值調(diào)節(jié)劑，蒸餾水、甲醇、乙醇或丙酮中的一種、兩種或兩種以上的任意組合為溶劑，并采用水熱/溶劑熱法制備堿土金屬釩酸鹽微/納米材料；其技術(shù)方案為第一、在室溫下，稱量偏釩酸銨固體并將其轉(zhuǎn)移至聚四氟乙烯內(nèi)膽、不銹鋼外套的反應(yīng)釜中，加入一定體積的蒸餾水、甲醇、乙醇或丙酮中的一種、兩種或兩種以上的任意組合為溶劑，用氫氧化鈉、氫氧化鉀、鹽酸或硝酸中的一種、兩種或兩種以上調(diào)節(jié)反應(yīng)體系的 PH值在1 14之間；第二、稱量堿土金屬鹽固體，使其與上述偏釩酸銨中陰離子的摩爾數(shù)相等，加入一定體積的蒸餾水、甲醇、乙醇或丙酮中的一種、兩種或兩種以上的任意組合為溶劑，充分?jǐn)嚢柚镣耆芙猓镁煌该魅芤?；然后將所得堿土金屬鹽溶液與上述偏釩酸銨溶液混合，強(qiáng)烈攪拌15分鐘；第三、待第二步結(jié)束后，將反應(yīng)釜置于反應(yīng)溫度為100 220°C恒溫體系中，保溫 4 360小時(shí)；第四、待第三步反應(yīng)結(jié)束后，將反應(yīng)釜自然冷卻至室溫，并用蒸餾水、乙醇對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行數(shù)次離心、洗滌，在60 80°C干燥，即可制備出不同維數(shù)、不同形貌的系列堿土金屬釩酸鹽微/納米材料。所述的堿土金屬釩酸鹽是指釩酸鎂、釩酸鈣、釩酸鍶或釩酸鋇中的一種、兩種或兩種以上的任意組合；其中堿土金屬鹽的陽(yáng)離子為鎂離子、鈣離子、鍶離子和鋇離子中的一種、兩種或兩種以上的任意組合；堿土金屬鹽的陰離子為堿土金屬鹽的硝酸鹽或氯化物。所述水熱/溶劑熱法中溶劑采用蒸餾水、甲醇、乙醇或丙酮中的一種、兩種或兩種以上的任意組合。所述偏釩酸根離子和堿土金屬陽(yáng)離子的摩爾濃度為0. 010 1. 000mol/Lo所述水熱/溶劑熱法的反應(yīng)溫度為100 220°C，反應(yīng)時(shí)間為4 360小時(shí)。所述不同維數(shù)、不同形貌的系列堿土金屬釩酸鹽微/納米材料為零維顆粒狀、一維線/棒狀、二維片狀、三維花狀結(jié)構(gòu)中一種、兩種或兩種以上的任意組合；其中納米顆粒直徑為50 150納米，納米線的直徑為50 500納米、長(zhǎng)度為數(shù)十微米，構(gòu)成納米花的納米片厚度為100 400納米、直徑為2 5微米。所述的堿土金屬釩酸鹽微/納米材料可廣泛應(yīng)用于能量?jī)?chǔ)存與轉(zhuǎn)化、永磁超導(dǎo)、 生物醫(yī)藥、催化氧化、航空航天等重要領(lǐng)域，其具有良好的市場(chǎng)開發(fā)和應(yīng)用價(jià)值。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)及效果本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)和有益效果1、采用水熱/溶劑熱法合成堿土金屬釩酸鹽微/納米材料，通過(guò)調(diào)控反應(yīng)實(shí)驗(yàn)參數(shù)來(lái)選擇性制備出零維顆粒狀、 一維線/棒狀、二維片狀、三維花狀結(jié)構(gòu)等尺寸均勻、形貌規(guī)整的系列微/納米材料；由于產(chǎn)物為納米級(jí)尺寸組裝的奇特結(jié)構(gòu)，其比表面積大、反應(yīng)活性高，因此可廣泛用于能源儲(chǔ)存與轉(zhuǎn)化、催化降解、生物醫(yī)藥、航空航天、永磁超導(dǎo)等領(lǐng)域；2、在反應(yīng)體系中不需額外添加誘導(dǎo)劑或模板劑等助劑，且反應(yīng)過(guò)程密閉性好，減小了引入雜質(zhì)離子的幾率；3、反應(yīng)過(guò)程條件溫和，反應(yīng)結(jié)束后不需高溫煅燒，減小了熱處理工序?qū)Ξa(chǎn)物晶體形態(tài)的破壞；4、反應(yīng)工藝具有反應(yīng)重現(xiàn)性好、操作簡(jiǎn)單、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定等特點(diǎn)，且具有明顯的有益效果。


圖1為釩藤Hi納米顆粒的χ射線粉末衍射圖
圖2為釩藤！鎂納米顆粒的SEM掃描電鏡圖
圖3為釩藤！鎂納米棒的SEM掃描電鏡圖
圖4為釩藤！鎂納米片的SEM掃描電鏡圖
圖5為釩藤！鎂納米花的SEM掃描電鏡圖
圖6為釩藤!鈣納米線的SEM掃描電鏡圖
圖7為釩藤!鈣納米片的SEM掃描電鏡圖
圖8為釩藤！鋇納米片的SEM掃描電鏡圖
圖9為釩藤！鋇微/納米塊的SEM掃描電鏡圖
圖10為釩!酸鋇微米棒的SEM掃描電鏡圖
具體實(shí)施方式在本發(fā)明專利所涉及的合成體系中，堿土金屬釩酸鹽因具有相似結(jié)構(gòu)，從而表現(xiàn)出相似的化學(xué)合成及微納米結(jié)構(gòu)生長(zhǎng)特性，現(xiàn)以幾種典型堿土金屬釩酸鹽微/納米材料的制備方法及其X射線粉末衍射圖與SEM掃描電鏡圖為例，分析該類材料的普遍合成規(guī)律。實(shí)施例1 釩酸鎂納米顆粒的制備方法及結(jié)構(gòu)表征在室溫下，稱量一定質(zhì)量的偏釩酸銨固體，并將其轉(zhuǎn)移至聚四氟乙烯內(nèi)膽不銹鋼外套的反應(yīng)釜中，加入一定體積的蒸餾水為溶劑，配置0. OlOmol/L偏釩酸銨溶液；稱量硝酸鎂固體，使其與上述偏釩酸銨中陰離子的摩爾數(shù)相等，加入一定體積蒸餾水為溶劑，充分?jǐn)嚢柚镣耆芙?，得均一透明溶液；然后將硝酸鎂溶液與偏釩酸銨溶液混合，強(qiáng)烈攪拌15 分鐘；將反應(yīng)釜置于150°C恒溫環(huán)境中保溫4小時(shí)，反應(yīng)完畢后自然冷卻至室溫，用蒸餾水洗滌5次、乙醇洗滌2次，在60°C干燥10小時(shí)，即可制備出釩酸鎂納米顆粒。所述實(shí)施例 1條件下制備的納米顆粒樣品的XRD譜圖(圖1)表明其產(chǎn)物為釩酸鎂純相，與標(biāo)準(zhǔn)卡片 (JCPDS card No. 1-417)對(duì)應(yīng)一致；產(chǎn)物經(jīng)SEM掃描電鏡(圖2)表明產(chǎn)物為尺寸均勻的納米顆粒，其直徑為50 150納米；因納米材料的表面效應(yīng)，樣品存在一定的團(tuán)聚現(xiàn)象。實(shí)施例2 釩酸鎂納米棒的制備方法及結(jié)構(gòu)表征在室溫下，稱量一定質(zhì)量的偏釩酸銨固體，并將其轉(zhuǎn)移至聚四氟乙烯內(nèi)膽不銹鋼外套的反應(yīng)釜中，加入一定體積的蒸餾水為溶劑，配置0. 500mol/L偏釩酸銨溶液，并用氫氧化鈉調(diào)節(jié)PH值為13 ；稱量硝酸鎂固體，使其與上述偏釩酸銨中陰離子的摩爾數(shù)相等，加入一定體積蒸餾水為溶劑，充分?jǐn)嚢柚镣耆芙?，得均一透明溶液；然后將硝酸鎂溶液與偏釩酸銨溶液混合，強(qiáng)烈攪拌15分鐘；將反應(yīng)釜置于180°C恒溫環(huán)境中保溫16小時(shí)，反應(yīng)完畢后自然冷卻至室溫，用蒸餾水洗滌5次、乙醇洗滌2次，在60°C干燥M小時(shí)，即可制備出釩酸鎂納米棒。產(chǎn)物經(jīng)SEM掃描電鏡(圖3)表明產(chǎn)物為形貌規(guī)整的納米棒，其直徑為30 150納米，長(zhǎng)度為500納米。實(shí)施例3 釩酸鎂納米片的制備方法及結(jié)構(gòu)表征在室溫下，稱量一定質(zhì)量的偏釩酸銨固體，并將其轉(zhuǎn)移至聚四氟乙烯內(nèi)膽不銹鋼外套的反應(yīng)釜中，加入一定體積的蒸餾水為溶劑，配置0. 100mol/L偏釩酸銨溶液，并用鹽酸調(diào)節(jié)PH值為1 ；稱量硝酸鎂固體，使其與上述偏釩酸銨中陰離子的摩爾數(shù)相等，加入一定體積蒸餾水為溶劑，充分?jǐn)嚢柚镣耆芙?，得均一透明溶液；然后將硝酸鎂溶液與偏釩酸銨溶液混合，強(qiáng)烈攪拌15分鐘；將反應(yīng)釜置于180°C恒溫環(huán)境中保溫16小時(shí)，反應(yīng)完畢后自然冷卻至室溫，用蒸餾水洗滌5次、乙醇洗滌2次，在60°C干燥M小時(shí)，即可制備出釩酸鎂納米片。產(chǎn)物經(jīng)SEM掃描電鏡(圖4)表明產(chǎn)物為表面光滑、形貌規(guī)整的納米片，且納米片的厚度和尺寸均勻，從掃描圖中可清晰觀察到其厚度為150 300納米、尺寸為2 10微米。實(shí)施例4 釩酸鎂納米花的制備方法及結(jié)構(gòu)表征在室溫下，稱量一定質(zhì)量的偏釩酸銨固體，并將其轉(zhuǎn)移至聚四氟乙烯內(nèi)膽不銹鋼外套的反應(yīng)釜中，加入一定體積的蒸餾水為溶劑，配置0. 500mol/L偏釩酸銨溶液，并用氫氧化鉀調(diào)節(jié)PH值為9 ；稱量硝酸鎂固體，使其與上述偏釩酸銨中陰離子的摩爾數(shù)相等，加入一定體積蒸餾水為溶劑，充分?jǐn)嚢柚镣耆芙?，得均一透明溶液；然后將硝酸鎂溶液與偏釩酸銨溶液混合，強(qiáng)烈攪拌15分鐘；將反應(yīng)釜置于200°C恒溫環(huán)境中保溫360小時(shí)，反應(yīng)完畢后自然冷卻至室溫，用蒸餾水洗滌5次、乙醇洗滌2次，在60°C干燥M小時(shí)，即可制備出釩酸鎂納米花。產(chǎn)物經(jīng)SEM掃描電鏡(圖5)表明產(chǎn)物為形貌完美的納米花，三維結(jié)構(gòu)的納米花由按一定角度組裝的納米片構(gòu)成，且這些納米片在生長(zhǎng)過(guò)程中逐漸向不同方向伸展，并且相互疊加而成花瓣?duì)?；而單個(gè)納米片厚度僅為100 400納米、直徑為2 5微米。實(shí)施例5 釩酸鈣納米線的制備方法及結(jié)構(gòu)表征在室溫下，稱量一定質(zhì)量的偏釩酸銨固體，并將其轉(zhuǎn)移至聚四氟乙烯內(nèi)膽不銹鋼外套的反應(yīng)釜中，加入一定體積的蒸餾水為溶劑，配置0. 250mol/L偏釩酸銨溶液；稱量硝酸鈣固體，使其與上述偏釩酸銨中陰離子的摩爾數(shù)相等，加入一定體積蒸餾水為溶劑，充分?jǐn)嚢柚镣耆芙?，得均一透明溶液；然后將硝酸鈣溶液與偏釩酸銨溶液混合，強(qiáng)烈攪拌15 分鐘；將反應(yīng)釜置于200°C恒溫環(huán)境中保溫96小時(shí)，反應(yīng)完畢后自然冷卻至室溫，用蒸餾水洗滌5次、乙醇洗滌2次，在60°C干燥M小時(shí)，即可制備出釩酸鈣納米線。產(chǎn)物經(jīng)SEM掃描電鏡(圖6)表明產(chǎn)物為尺寸均勻、形貌完美的超長(zhǎng)納米線，其納米線的直徑為50 500納米、長(zhǎng)度為數(shù)十微米。實(shí)施例6 釩酸鈣納米片的制備方法及結(jié)構(gòu)表征在室溫下，稱量一定質(zhì)量的偏釩酸銨固體，并將其轉(zhuǎn)移至聚四氟乙烯內(nèi)膽不銹鋼外套的反應(yīng)釜中，加入一定體積的蒸餾水為溶劑，配置0. 750mol/L偏釩酸銨溶液；稱量硝酸鈣固體，使其與上述偏釩酸銨中陰離子的摩爾數(shù)相等，加入一定體積蒸餾水為溶劑，充分?jǐn)嚢柚镣耆芙?，得均一透明溶液；然后將硝酸鈣溶液與偏釩酸銨溶液混合，強(qiáng)烈攪拌15 分鐘；將反應(yīng)釜置于200°C恒溫環(huán)境中保溫144小時(shí)，反應(yīng)完畢后自然冷卻至室溫，用蒸餾水洗滌5次、乙醇洗滌2次，在60°C干燥48小時(shí)，即可制備出釩酸鈣納米片。產(chǎn)物經(jīng)SEM掃描電鏡(圖7)表明產(chǎn)物為尺寸均勻的納米片，這些表面光滑的納米片的厚度為100 500 納米、直徑為5 20微米。
實(shí)施例7 釩酸鋇納米片的制備方法及結(jié)構(gòu)表征在室溫下，稱量一定質(zhì)量的偏釩酸銨固體，并將其轉(zhuǎn)移至聚四氟乙烯內(nèi)膽不銹鋼外套的反應(yīng)釜中，加入體積比為1 10的蒸餾水與乙醇為溶劑，配置l.OOOmol/L偏釩酸銨溶液，并用氫氧化鈉調(diào)節(jié)PH值至為9 ；稱量硝酸鋇固體，使其與上述偏釩酸銨中陰離子的摩爾數(shù)相等，加入體積比為1 10的水與乙醇為溶劑至溶解；然后將硝酸鋇溶液與偏釩酸銨溶液混合，強(qiáng)烈攪拌15分鐘；將反應(yīng)釜置于150°C恒溫環(huán)境中保溫144小時(shí)，反應(yīng)完畢后自然冷卻至室溫，用蒸餾水洗滌5次、乙醇洗滌2次，在60°C干燥48小時(shí)，即可制備出釩酸鋇納米片。產(chǎn)物經(jīng)SEM掃描電鏡(圖8)表明產(chǎn)物為厚度均勻、表面光滑的納米片，其厚度為 50 150納米、尺寸在5 8微米。實(shí)施例8 釩酸鋇微米棒的制備方法及結(jié)構(gòu)表征在室溫下，稱量一定質(zhì)量的偏釩酸銨固體，并將其轉(zhuǎn)移至聚四氟乙烯內(nèi)膽不銹鋼外套的反應(yīng)釜中，加入體積比為1 5的蒸餾水與甲醇為溶劑，配置l.OOOmol/L偏釩酸銨溶液，并用硝酸調(diào)節(jié)PH值至為5 ；稱量硝酸鋇固體，使其與上述偏釩酸銨中陰離子的摩爾數(shù)相等，加入體積比為1 5的水與甲醇為溶劑至溶解；然后將硝酸鋇溶液與偏釩酸銨溶液混合，強(qiáng)烈攪拌15分鐘；將反應(yīng)釜置于150°C恒溫環(huán)境中保溫72小時(shí)，反應(yīng)完畢后自然冷卻至室溫，用蒸餾水洗滌5次、乙醇洗滌2次，在60°C干燥48小時(shí)，即可制備出釩酸鋇微米棒。 產(chǎn)物經(jīng)SEM掃描電鏡(圖9)表明產(chǎn)物為微/納米棒，較小尺寸的產(chǎn)物直徑為1微米、長(zhǎng)度為4 8微米；較大尺寸的產(chǎn)物直徑為1 3微米、長(zhǎng)度為8 12微米。實(shí)施例9 釩酸鋇微/納米塊的制備方法及結(jié)構(gòu)表征在室溫下，稱量一定質(zhì)量的偏釩酸銨固體，并將其轉(zhuǎn)移至聚四氟乙烯內(nèi)膽不銹鋼外套的反應(yīng)釜中，加入體積比為1 1的蒸餾水與乙醇為溶劑，配置l.OOOmol/L偏釩酸銨溶液；稱量硝酸鋇固體，使其與上述偏釩酸銨中陰離子的摩爾數(shù)相等，加入體積比為1 1 的水與乙醇為溶劑至溶解；然后將硝酸鋇溶液與偏釩酸銨溶液混合，強(qiáng)烈攪拌15分鐘；將反應(yīng)釜置于100°C恒溫環(huán)境中保溫48小時(shí)，反應(yīng)完畢后自然冷卻至室溫，用蒸餾水洗滌5 次、乙醇洗滌2次，在60°C干燥48小時(shí)，即可制備出釩酸鋇微/納米塊。產(chǎn)物經(jīng)SEM掃描電鏡(圖10)表明產(chǎn)物為形貌奇特的微/納米塊，其中較小的產(chǎn)物直徑為100 800納米，較大的產(chǎn)物直徑為1 2微米。
權(quán)利要求
1.本發(fā)明專利涉及一種水熱/溶劑熱法合成堿土金屬釩酸鹽微/納米材料的方法，以偏釩酸銨和堿土金屬鹽為原料，氫氧化鈉、氫氧化鉀、鹽酸或硝酸中的一種、兩種或兩種以上的任意組合為體系PH值調(diào)節(jié)劑，蒸餾水、甲醇、乙醇或丙酮中的一種、兩種或兩種以上的任意組合為溶劑，并采用水熱/溶劑熱法制備堿土金屬釩酸鹽微/納米材料；其技術(shù)方案為第一、在室溫下，稱量偏釩酸銨固體并將其轉(zhuǎn)移至聚四氟乙烯內(nèi)膽、不銹鋼外套的反應(yīng)釜中，加入一定體積的蒸餾水、甲醇、乙醇或丙酮中的一種、兩種或兩種以上的任意組合為溶劑，用氫氧化鈉、氫氧化鉀、鹽酸或硝酸中的一種、兩種或兩種以上調(diào)節(jié)反應(yīng)體系的PH值在1 14之間；第二、稱量堿土金屬鹽固體，使其與上述偏釩酸銨中陰離子的摩爾數(shù)相等，加入一定體積的蒸餾水、甲醇、乙醇或丙酮中的一種、兩種或兩種以上的任意組合為溶劑，充分?jǐn)嚢柚镣耆芙?，得均一透明溶液；然后將所得堿土金屬鹽溶液與上述偏釩酸銨溶液混合，強(qiáng)烈攪拌15分鐘；第三、待第二步結(jié)束后，將反應(yīng)釜置于反應(yīng)溫度為100 220°C恒溫體系中，保溫4 360小時(shí)；第四、待第三步反應(yīng)結(jié)束后，將反應(yīng)釜自然冷卻至室溫，并用蒸餾水、乙醇對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行數(shù)次離心、洗滌，在60 80°C干燥，即可制備出不同維數(shù)、不同形貌的系列堿土金屬釩酸鹽微/納米材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種水熱/溶劑熱法合成堿土金屬釩酸鹽微/納米材料的方法，其特征在于所述的堿土金屬釩酸鹽是指釩酸鎂、釩酸鈣、釩酸鍶或釩酸鋇中的一種、兩種或兩種以上的任意組合；其中堿土金屬鹽的陽(yáng)離子為鎂離子、鈣離子、鍶離子和鋇離子中的一種、兩種或兩種以上的任意組合；堿土金屬鹽的陰離子為堿土金屬鹽的硝酸鹽或氯化物。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種水熱/溶劑熱法合成堿土金屬釩酸鹽微/納米材料的方法，其特征在于所述水熱/溶劑熱法中溶劑采用蒸餾水、甲醇、乙醇或丙酮中的一種、兩種或兩種以上的任意組合。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種水熱/溶劑熱法合成堿土金屬釩酸鹽微/納米材料的方法，其特征在于所述偏釩酸根離子和堿土金屬陽(yáng)離子的摩爾濃度為0. 010 1. 000mol/L。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種水熱/溶劑熱法合成堿土金屬釩酸鹽微/納米材料的方法，其特征在于所述水熱/溶劑熱法的反應(yīng)溫度為100 220°C，反應(yīng)時(shí)間為4 360小時(shí)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種水熱/溶劑熱法合成堿土金屬釩酸鹽微/納米材料的方法，其特征在于所述不同維數(shù)、不同形貌的系列堿土金屬釩酸鹽微/納米材料為零維顆粒狀、一維線/棒狀、二維片狀、三維花狀結(jié)構(gòu)中一種、兩種或兩種以上的任意組合；其中納米顆粒直徑為50 150納米，納米線的直徑為50 500納米、長(zhǎng)度為數(shù)十微米，構(gòu)成納米花的納米片厚度為100 400納米、直徑為2 5微米。
7.權(quán)利要求1，6中所述的堿土金屬釩酸鹽微/納米材料可廣泛應(yīng)用于能量?jī)?chǔ)存與轉(zhuǎn)化、永磁超導(dǎo)、生物醫(yī)藥、催化氧化、航空航天等重要領(lǐng)域，其具有良好的市場(chǎng)開發(fā)和應(yīng)用價(jià)值。
全文摘要
一種水熱/溶劑熱法合成堿土金屬釩酸鹽微/納米材料的方法。以偏釩酸銨和堿土金屬鹽為原料，氫氧化鈉、氫氧化鉀、鹽酸或硝酸中的一種或幾種為體系pH值調(diào)節(jié)劑，蒸餾水、甲醇、乙醇或丙酮中的一種、兩種或兩種以上的任意組合為溶劑，應(yīng)用一步水熱/溶劑熱合成法可控制備堿土金屬釩酸鹽微/納米材料。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是通過(guò)改變反應(yīng)實(shí)驗(yàn)參數(shù)，選擇性制備不同維數(shù)和微觀結(jié)構(gòu)形貌的堿土金屬釩酸鹽微/納米材料，目標(biāo)產(chǎn)物具有形貌規(guī)整、尺寸均勻及結(jié)晶度好等優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明專利涉及的合成方法具有反應(yīng)溫和、重現(xiàn)性好、操作簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。該類材料可廣泛用于能源儲(chǔ)存與轉(zhuǎn)化、催化降解、生物醫(yī)藥、航空航天、永磁超導(dǎo)等領(lǐng)域，其具有光明的市場(chǎng)前景和開發(fā)潛力。
文檔編號(hào)B82Y40/00GK102320658SQ20111021302
公開日2012年1月18日 申請(qǐng)日期2011年7月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月22日
發(fā)明者孫嬿, 宋明陽(yáng), 張志佳, 李春生, 王莉娜, 馬培娟, 馬雪剛 申請(qǐng)人:河北聯(lián)合大學(xué)