專利名稱：一種采用水熱法合成釩酸鋅微/納米線材料的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明專利涉及無機功能微納米材料的合成技術(shù)，特別是一種采用水熱法合成釩 酸鋅微/納米線材料的方法。
背景技術(shù)：
金屬釩酸鹽因其獨特的晶體結(jié)構(gòu)可作為電極材料、光致發(fā)光、氣體傳感、永磁材 料、生物醫(yī)藥材料等領(lǐng)域中的關(guān)鍵核心材料。為充分發(fā)揮材料的小尺寸效應(yīng)和量子效應(yīng)， 近年來金屬釩酸鹽微納米化已成為材料化學(xué)領(lǐng)域的研究熱點之一(C.C.Yu，C.X.Li，et al, Crystal Growth & Design. 2009，9，783 ;L.W.Qian，J. Zhu, et al, Chem. Eur. J. 2009,15, 1233 J. F. Liu, Y. D. Li, Adv. Mater. 2007，19，1118 ;J. F. Liu, Y. D. Li, J. Mater. Chem. 2007， 17，1797 ；Y. P. Fang, A. W. Xu, et al, Adv. Funct. Mater. 2003，13. 955 ；A. W. Xu, Y. P. Fang, et al. J. Am. Chem. Soc. 2003，125，1494.)。微納米化后的釩酸鋅材料在其原有傳統(tǒng)性質(zhì)的基礎(chǔ) 上又賦予了功能化特性；更值得關(guān)注的是，通過材料微觀結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，對材料的應(yīng)用大有裨
■、Λ
frff. ο就材料合成而言，現(xiàn)有制備這釩酸鋅的傳統(tǒng)方法主要是高溫固相反應(yīng)法 (D. J. Lloyd, J. Galy, Cryst. Struct. Comm. 1973，2，209. ；Μ. Saux，J. Galy，C. R. Acad. Sci. 1973，276，C81.)。但現(xiàn)有合成手段對釩酸鋅微/納米材料的微觀形貌控制還存在一定 的技術(shù)難度，特別地，較少文獻涉及微納米線狀材料的報道；本發(fā)明專利旨在通過水熱法制 備出尺寸均一的釩酸鋅微/納米線材料，在材料合成過程中通過調(diào)整關(guān)鍵反應(yīng)條件，實現(xiàn) 了對產(chǎn)物微觀結(jié)構(gòu)的調(diào)控，為應(yīng)用研究奠定良好技術(shù)基礎(chǔ)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明專利的目的在于提供一種采用水熱法合成釩酸鋅微/納米線材料的方法， 其優(yōu)點在于通過超臨界狀態(tài)下水熱體系中主要影響因素參數(shù)的調(diào)節(jié)，來完成產(chǎn)物成核和生 長過程的微觀調(diào)控，從而制備出形貌規(guī)整、適合開展應(yīng)用研究的釩酸鋅微納米線狀材料。該 方法具有工藝簡單、重復(fù)性好、產(chǎn)物結(jié)晶性優(yōu)異等優(yōu)點。本發(fā)明專利的技術(shù)方案一種采用水熱法合成釩酸鋅微/納米線材料的方法，在反應(yīng)體系中使用表面活性 劑為結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑，以硝酸鋅、偏釩酸銨為原料，以蒸餾水為溶劑，利用水熱法制備釩酸鋅微/ 納米線狀材料，包括以下步驟第一.在室溫下，將硝酸鋅固體或硝酸鋅和表面活性劑的混合物，加入蒸餾水制 得一定硝酸鋅摩爾濃度的溶液，然后強烈攪拌10分鐘，制得溶液a ；第二 .稱量第一步驟中硝酸鋅摩爾數(shù)2倍的偏釩酸銨固體，加入60 75°C的熱蒸 餾水，攪拌5分鐘至偏釩酸銨完全溶解，制得均一澄清溶液，然后逐滴加入到第一步驟所配 制的溶液a中，強烈攪拌10分鐘，制得溶液b ；第三.將溶液b得到的反應(yīng)前驅(qū)體溶液轉(zhuǎn)移至水熱反應(yīng)釜中，在140度恒溫箱中
3保溫12小時，便制備出超細(xì)粉體材料。X-射線衍射分析表明處理后的產(chǎn)物為ZnV3O8釩酸 鋅微/納米線材料，對應(yīng)的JCPDS卡片號為M-1481。其中，水熱反應(yīng)釜的外膽由高強度的 304材質(zhì)不銹鋼工件構(gòu)成，內(nèi)膽是聚四氟乙烯(PTFE)材質(zhì)加工而成，內(nèi)外膽緊密配合后構(gòu) 成的水熱反應(yīng)體系，可用來制備這類釩酸鋅微/納米線狀材料。所述硝酸鋅與表面活性劑的摩爾比為10 1 10。所述硝酸鋅摩爾濃度為0. 00125 0. 01mol/L。所述與硝酸鋅均勻混合的表面活性劑主要起到結(jié)構(gòu)導(dǎo)向的作用，在此體系中表面 活性劑是乙二胺四乙酸、十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)、十二烷基苯磺酸鈉(SDBS)、聚乙 二醇(PEG)6000中的一種、兩種或兩種以上的任意組合。本發(fā)明的優(yōu)點及效果本發(fā)明采用水熱法合成釩酸鋅微/納米線材料，以偏釩酸銨、硝酸鋅為反應(yīng)原料， 蒸餾水為溶劑，表面活性劑用于微觀結(jié)構(gòu)的調(diào)控，在水熱反應(yīng)條件下即可制備出形貌規(guī)整 的釩酸鋅微/納米線狀材料。該技術(shù)不僅具有操作簡單易行、實驗條件可控、重復(fù)性好和適 宜批量生產(chǎn)等優(yōu)點；另外，合成出的材料還將可在電極材料、光致發(fā)光、氣體傳感等諸多領(lǐng) 域發(fā)揮重要積極作用。


圖1為釩酸鋅超長納米線的SEM掃描電鏡2為釩酸鋅納米線的SEM掃描電鏡3為釩酸鋅納米線和納米片共存形貌的SEM掃描電鏡4為釩酸鋅納米線的SEM掃描電鏡5為釩酸鋅團聚的納米線的SEM掃描電鏡6為釩酸鋅微米線和納米線共存形貌的SEM掃描電鏡7為釩酸鋅團聚納米線的SEM掃描電鏡8為釩酸鋅超長納米線的SEM掃描電鏡圖
具體實施例方式實施例1 在室溫下，配置0. 00125mol/L的硝酸鋅水溶液，稱量偏釩酸銨固體的摩爾數(shù)是硝 酸鋅摩爾數(shù)的兩倍，加入60 75°C的蒸餾水至偏釩酸銨完全溶解，然后逐滴滴加到硝酸鋅 水溶液中，將混合后的溶液移至水熱反應(yīng)釜中，在140度恒溫箱中保溫12小時，便制備出純 相的釩酸鋅微/納米材料。產(chǎn)物經(jīng)SEM掃描電鏡(圖1)表明產(chǎn)物為直徑均勻的超長納米 線，其直徑為80 120納米，長度可達(dá)到3 10微米，且表面光滑，多根納米線互相交織成 網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，稍有團聚現(xiàn)象。實施例2 在室溫下，配置0. 00750mol/L的硝酸鋅水溶液，稱量偏釩酸銨固體的摩爾數(shù)是硝 酸鋅摩爾數(shù)的兩倍，加入60 75°C的蒸餾水至偏釩酸銨完全溶解，然后逐滴滴加到硝酸鋅 水溶液中，將混合后的溶液移至水熱反應(yīng)釜中，在140度恒溫箱中保溫12小時，便制備出純 相的釩酸鋅微/納米材料。產(chǎn)物經(jīng)SEM掃描電鏡(圖2)表明產(chǎn)物為長度和直徑均一的納米線，其直徑僅為20 100納米，長度可達(dá)到1 10微米。實施例3 在室溫下，配置0. 00875mol/L的硝酸鋅水溶液，稱量偏釩酸銨固體的摩爾數(shù)是硝 酸鋅摩爾數(shù)的兩倍，加入60 75°C的蒸餾水至偏釩酸銨完全溶解，然后逐滴滴加到硝酸鋅 水溶液中，將混合后的溶液移至水熱反應(yīng)釜中，在140度恒溫箱中保溫12小時，便制備出純 相的釩酸鋅微/納米材料。產(chǎn)物經(jīng)SEM掃描電鏡(圖3)表明產(chǎn)物為較大量的納米線和少 量納米片；其中，分散性很好的納米線具有均一的直徑及長度，直徑為50 100納米、長度 為2 4微米。實施例4 在室溫下，配置0. OlOOmol/L的硝酸鋅水溶液，稱量偏釩酸銨固體的摩爾數(shù)是硝 酸鋅摩爾數(shù)的兩倍，加入60 75°C的蒸餾水至偏釩酸銨完全溶解，然后逐滴滴加到硝酸鋅 水溶液中，將混合后的溶液移至水熱反應(yīng)釜中，在140度恒溫箱中保溫12小時，便制得純相 的釩酸鋅微/納米材料。產(chǎn)物經(jīng)SEM掃描電鏡(圖4)表明產(chǎn)物由線狀材料構(gòu)成，其中長徑 比較大的納米線的直徑僅為200 500納米，長度可達(dá)到數(shù)微米。實施例5:在室溫下，配置0. 0100mol/L的硝酸鋅水溶液，向溶液中加入乙二胺四乙酸，使硝 酸鋅和表面活性劑乙二胺四乙酸的摩爾比為10 1，強烈攪拌10分鐘；稱量偏釩酸銨固體 的摩爾數(shù)是硝酸鋅摩爾數(shù)的兩倍，加入60 75°C的蒸餾水至偏釩酸銨完全溶解，然后逐滴 滴加到硝酸鋅水溶液中，將混合后的溶液移至水熱反應(yīng)釜中，在140度恒溫箱中保溫12小 時，便制備出純相的釩酸鋅微/納米材料。產(chǎn)物經(jīng)SEM掃描電鏡(圖5)表明產(chǎn)物的主體形 貌為團聚在一起的納米線，不難分辨出納米線的直徑為100 250納米之間、長度可達(dá)到數(shù) 微米；因材料直徑較小、長徑比較大，呈現(xiàn)出明顯的團聚現(xiàn)象。實施例6 在室溫下，配置0. 00125mol/L的硝酸鋅水溶液，向溶液中加入CTAB，使硝酸鋅和 表面活性劑CTAB的摩爾比為10 5，強烈攪拌10分鐘；稱量偏釩酸銨固體的摩爾數(shù)是硝酸 鋅摩爾數(shù)的兩倍，加入60 75°C的蒸餾水至偏釩酸銨完全溶解，然后逐滴滴加到硝酸鋅水 溶液中，將混合后的溶液轉(zhuǎn)移至水熱反應(yīng)釜中，在140度恒溫箱中保溫12小時，便制備出純 相的釩酸鋅微/納米材料。產(chǎn)物經(jīng)SEM掃描電鏡(圖6)表明產(chǎn)物為微米線和納米線聚集成 的片狀體，從圖中可以清晰地看出微納米線的棱角分明，直徑較小的納米線直徑為150 220納米，較大尺寸的為500納米，長度均可達(dá)到數(shù)微米。實施例7 在室溫下，配置0. 0025mol/L的硝酸鋅水溶液，向溶液中加入SDBS，使硝酸鋅和表 面活性劑SDBS的摩爾比為10 2，強烈攪拌10分鐘；稱量偏釩酸銨固體的摩爾數(shù)是硝酸 鋅摩爾數(shù)的兩倍，加入60 75°C的蒸餾水至偏釩酸銨完全溶解，然后逐滴滴加到硝酸鋅水 溶液中，將混合后的溶液移至水熱反應(yīng)釜中，在140度恒溫箱中保溫12小時，便制備出純相 的釩酸鋅微/納米材料。產(chǎn)物經(jīng)SEM掃描電鏡(圖7)表明產(chǎn)物為團聚在一起的納米線材 料，其中納米線的直徑為100 250納米、長度在1 5微米之間，納米線排列規(guī)整、緊密。實施例8 在室溫下，配置0. 00125mol/L的硝酸鋅水溶液，向溶液中加入PEG，使硝酸鋅和表面活性劑PEG的摩爾比為10 10，強烈攪拌10分鐘；稱量偏釩酸銨固體的摩爾數(shù)是硝酸 鋅摩爾數(shù)的兩倍，加入60 75°C的蒸餾水至偏釩酸銨完全溶解，然后逐滴滴加到硝酸鋅水 溶液中，將混合后的溶液轉(zhuǎn)移至水熱反應(yīng)釜中，在水熱反應(yīng)釜中140度恒溫箱中保溫12小 時，便制備出純相的釩酸鋅微/納米材料。混合后的溶液倒入聚四氟乙烯水熱反應(yīng)釜中，置 于180°C烘箱中反應(yīng)12個小時將混合后的溶液移至水熱反應(yīng)釜中，在140度恒溫箱中保溫 12小時，便制備出純相的釩酸鋅微/納米材料。產(chǎn)物經(jīng)SEM掃描電鏡(圖8)表明產(chǎn)物為超 長納米線，直徑均勻、分布在100 150納米之間、長度為10 15微米。
權(quán)利要求
1.一種采用水熱法合成釩酸鋅微/納米線材料的方法，在反應(yīng)體系中使用表面活性 劑為結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑，以硝酸鋅、偏釩酸銨為原料，以蒸餾水為溶劑，利用水熱法制備釩酸鋅微/ 納米線狀材料，包括以下步驟第一.在室溫下，將硝酸鋅固體或硝酸鋅和表面活性劑的混合物，加入蒸餾水制得一 定硝酸鋅摩爾濃度的溶液，然后強烈攪拌10分鐘，制得溶液a ；第二 .稱量第一步驟中硝酸鋅摩爾數(shù)2倍的偏釩酸銨固體，加入60 75°C的熱蒸餾 水，攪拌5分鐘至偏釩酸銨完全溶解，制得均一澄清溶液，然后逐滴加入到第一步驟所配制 的溶液a中，強烈攪拌10分鐘，制得溶液b ；第三.將溶液b得到的反應(yīng)前驅(qū)體溶液轉(zhuǎn)移至水熱反應(yīng)釜中，在140度恒溫箱中保溫 12小時，便制備出超細(xì)粉體材料。X-射線衍射分析表明產(chǎn)物為SiV3O8釩酸鋅微/納米線材 料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述采用水熱法合成釩酸鋅微/納米線材料的方法，其特征在于所 述與硝酸鋅混合的表面活性劑主要起到結(jié)構(gòu)導(dǎo)向的作用，在此體系中表面活性劑是乙二胺 四乙酸、十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)、十二烷基苯磺酸鈉(SDBS)、聚乙二醇(PEG)6000中 的一種、兩種或兩種以上的任意組合。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述采用水熱法合成釩酸鋅微/納米線材料的方法，其特征在于 所述硝酸鋅與表面活性劑的摩爾比為10 1 10。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述采用水熱法合成釩酸鋅微/納米線材料的方法，其特征在于 所述將硝酸鋅固體或硝酸鋅和表面活性劑的混合物，加入蒸餾水制得一定硝酸鋅摩爾濃度 的溶液為 0. 00125 0. 0100mol/L。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述采用水熱法合成釩酸鋅微/納米線材料的方法，其特征在于 硝酸鋅與偏釩酸銨的摩爾數(shù)比為1 2。
全文摘要
本發(fā)明采用水熱法合成釩酸鋅微/納米線材料，以偏釩酸銨、硝酸鋅為反應(yīng)原料，蒸餾水為溶劑，表面活性劑用于微觀結(jié)構(gòu)的調(diào)控，在水熱條件下即可制備出形貌規(guī)整的釩酸鋅微/納米線狀材料；該技術(shù)不僅具有操作簡單易行、實驗條件可控、重復(fù)性好和適宜批量生產(chǎn)等優(yōu)點，而且合成出的材料還將可在電極材料、光致發(fā)光、氣體傳感等諸多領(lǐng)域發(fā)揮重要積極作用。
文檔編號C01G31/00GK102140691SQ20111003856
公開日2011年8月3日 申請日期2011年2月12日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月12日
發(fā)明者孫嬿, 宋明陽, 張志佳, 李春生, 王莉娜, 馬雪剛 申請人:河北聯(lián)合大學(xué)