專利名稱：一種直角形貌NaV₂O₅晶體材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種直角形貌NaV2O5晶體材料的制備方法，屬于無機(jī)材料制備領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
無機(jī)金屬氧化物在自然界中存在多種形式，化學(xué)工作者在合成各種具有不同形狀的無機(jī)氧化物時(shí)，一直希望能得到具有不同形貌的化合物，以便拓展其應(yīng)用領(lǐng)域。目前報(bào)道的材料中，以氧化鋅為主的無機(jī)材料其形貌最具有多樣性。大多數(shù)的合成材料都可以在自然界中發(fā)現(xiàn)相似形貌，如納米管、納米花、納米線等等。最近有報(bào)道描述了一種具有V字形和Y字形的氧化鐵納米材料，這種材料是通過氫氧化亞鐵的脫水得到。其 V字形夾角約108° (CrystEngComm, 2010,12，1842-1849)。但是，直角形貌過渡金屬氧化物材料還沒有報(bào)道。本發(fā)明的目的，在于提供一種制作關(guān)于NaV2O5金屬氧化物直角形貌晶體材料方法。盡管目前對(duì)這類材料的晶體有些報(bào)道，但是，其晶體顆粒小并多以納米棒形式存在。 我們采用一種簡(jiǎn)單的溶劑熱合成路線，在一定濃度的堿溶液中制備具有直角L型形貌的 NaV2O5晶體材料。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種具有直角晶體形貌的金屬氧化物材料及其制備方法， 可以彌補(bǔ)現(xiàn)有晶體形貌的不足。本發(fā)明合成設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便，條件寬松，少污染，節(jié)省能源，原料簡(jiǎn)單易得，成本低廉，且產(chǎn)量大，晶體尺寸可控。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用偏釩酸銨在一定有機(jī)物在水/無水乙醇的堿性溶液條件下制備。偏釩酸銨/有機(jī)物的混合液在一定溫度下老化，制備出具有直角晶體形貌的NaV205。實(shí)驗(yàn)方法通過調(diào)節(jié)堿和有機(jī)物的比例和老化時(shí)間，獲得具有不同尺寸的直角 NaV2O50本發(fā)明的技術(shù)方案為一種直角形貌NaV2O5晶體材料的制備方法，包括以下步驟a)，將芳香酸有機(jī)物溶于水，每摩爾芳香酸加2-6千克水，在常溫?cái)嚢柘录尤霘溲趸c溶液，再加入溶劑，常溫?cái)嚢?0 60分鐘，得到均勻混合溶液；其物料配比為摩爾比芳香酸有機(jī)物氫氧化鈉=1 3. 5，每摩爾芳香酸有機(jī)物加2. 5 5千克溶劑；b)，向混合物中加入偏釩酸銨，得到黃色透明混合液，攪拌三個(gè)小時(shí)后，將混合物轉(zhuǎn)入帶有聚四氟乙烯內(nèi)襯的不銹鋼反應(yīng)釜內(nèi)，放入150-200°c的恒溫干燥箱內(nèi)老化2-60 天；所述的偏釩酸銨與芳香酸有機(jī)物的摩爾比為偏釩酸銨芳香酸有機(jī)物=1 4 1。c)，混合物取出過濾，40-60°C恒溫干燥箱內(nèi)干燥，最后得到L型直角NaV2O5晶體材料。所述的芳香酸有機(jī)物具體為對(duì)苯二甲酸、鄰苯二甲酸、均苯三甲酸、均苯四甲酸或它們的酸酐。所述的氫氧化鈉溶液的濃度為2mol/l。所述的溶劑為水、無水乙醇或乙醇溶液。所述的溶劑為乙醇溶液時(shí)的質(zhì)量比水乙醇=1 1。合成得到的黑色晶體為NaV2O5材料，在不同實(shí)驗(yàn)條件下可獲得不同大小的L形直角NaV2O5晶體材料。本發(fā)明的有益效果為1.采用偏釩酸銨為反應(yīng)物，使用有機(jī)物在水/無水乙醇的堿性溶劑體系，對(duì)環(huán)境友好。2.可以通過調(diào)節(jié)不同反應(yīng)物/有機(jī)物比例和改變反應(yīng)溶劑水的用量，以及晶體生長時(shí)間獲得具有不同大小的NaV2O5晶體材料。3.反應(yīng)釜溫度較低，可以控制在150_200°C之間。4.制備工藝和設(shè)備簡(jiǎn)單，可控NaV2O5晶體材料的L形狀。NaV2O5晶體具有光學(xué)性能，本發(fā)明涉及的L形NaV2O5晶體可以用于納米光學(xué)器件研究。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例1得到的產(chǎn)品的X-射線衍射圖；圖2本發(fā)明實(shí)施例1產(chǎn)品的(a)直角晶體的低分辨透射顯微鏡圖片，(b)和(C)為直角晶體兩個(gè)方向的衍射圖片，(d)為直角晶體孿晶晶界處的衍射圖片。圖3為本發(fā)明實(shí)施例1產(chǎn)品直角晶體的掃描電鏡圖片。圖4為本發(fā)明實(shí)施例2產(chǎn)品的直角晶體的光學(xué)顯微鏡圖片。圖5為本發(fā)明實(shí)施例3產(chǎn)品的直角晶體的光學(xué)顯微鏡圖片。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1 將0. 210g(0. OOlmol)有機(jī)物均苯三甲酸溶于5g(0. 28mol)水中，常溫下攪拌5分鐘后加入1. 75ml NaOH溶液(濃度為2mol/l)，常溫下繼續(xù)攪拌約15分鐘，然后加入由2. 5g水(0. 14mol)和2. 5g(0. 055mol)無水乙醇組成的溶劑，得到無色透明的溶液，最后向混合溶液中滴加0. 2339g(0. 002mol)NH4VO3，此時(shí)的溶液為乳黃色渾濁，攪拌40 分鐘后，測(cè)得混合物PH為7. 5-8. 0，(混合物的摩爾比為NH4VO3 均苯三甲酸NaOH = 2:1: 3. 5;每摩爾均苯三甲酸對(duì)應(yīng)溶劑的質(zhì)量為5千克，溶劑中水乙醇的質(zhì)量比=1。 將混合物轉(zhuǎn)入帶有聚四氟乙烯內(nèi)襯的不銹鋼反應(yīng)釜內(nèi)，放入180°C的恒溫干燥箱內(nèi)老化兩天，兩天后把混合物取出過濾，60°C恒溫干燥箱內(nèi)干燥，最后得到L型晶體材料。圖IXRD顯示樣品為 NaV2O5(JCPDS#70-08770，Ρ2^η(31)，a = 1. 132nm, b = 0. 360nm, c = 0. 480nm)。 晶體衍射如圖2，圖2a為低分辨透射顯微鏡照片，顯示晶體的直角區(qū)間以90°夾角形式存在，分別在兩個(gè)直角邊進(jìn)行選區(qū)衍射(圖2b，c)顯示，兩個(gè)直角邊均為單晶結(jié)構(gòu)，對(duì)直角邊交叉處進(jìn)行選區(qū)衍射(圖2d)，可以看到衍射圖譜以兩個(gè)直角邊疊加方式存在的孿晶衍射結(jié)構(gòu)。晶體形貌如掃描電鏡圖3，樣品主要以L型相貌存在，沿兩個(gè)直角邊的長度達(dá)約500um
左右ο實(shí)施例2 將0. 210g(0. OOlmol)有機(jī)物均苯三甲酸溶于5g(0. 28mol)水中，常溫下攪拌5分鐘后加入1. 75ml NaOH溶液(2mol/l)，常溫下繼續(xù)攪拌約15分鐘，然后加入由 2. 5g(0. 14mol)水和2. 5g(0. 055mol)無水乙醇組成的溶劑，得到無色透明的溶液，最后向混合溶液中滴加0. 117g(0. 001mol)NH4V03，此時(shí)的溶液為乳黃色渾濁，攪拌60分鐘后，測(cè)的 pH為7. 5-8. 0，(混合物的摩爾比為NH4VO3 均苯三甲酸NaOH=I 1 3. 5 ；每摩爾均苯三甲酸對(duì)應(yīng)溶劑的質(zhì)量為10千克，溶劑中水乙醇的質(zhì)量比=1。將混合物轉(zhuǎn)入帶有聚四氟乙烯內(nèi)襯的不銹鋼反應(yīng)釜內(nèi)，放入180°C的恒溫干燥箱內(nèi)反應(yīng)一個(gè)月，然后把樣品取出過濾，40°C恒溫干燥箱內(nèi)干燥，最后得到直角狀的單晶，光學(xué)顯微鏡圖片(圖4)顯示兩個(gè)直角邊以90°夾角形式存在，沿兩個(gè)直角邊的長度達(dá)約500um，寬度約50um。實(shí)施例3 將0. 210g(0. OOlmol)有機(jī)物均苯三甲酸溶于2. 5g(0. 14mol)水中，常溫下攪拌5分鐘后加入1. 75ml NaOH溶液(2mol/l)，常溫下繼續(xù)攪拌約15分鐘，然后加入由2. 5g(0. 055mol)無水乙醇溶液組成的溶劑，得到無色透明的溶液，最后向混合溶液中加入0. 4679g (0. 004mol) NH4VO3,得到黃色的混濁液，攪拌40分鐘后測(cè)得pH為7. 0-7. 2，混合物的摩爾比為NH4VO3 均苯三甲酸NaOH = 4 1 3. 5 ；每摩爾均苯三甲酸對(duì)應(yīng)溶劑的質(zhì)量為2. 5千克。將混合物轉(zhuǎn)入帶有聚四氟乙烯內(nèi)襯的不銹鋼反應(yīng)釜內(nèi)，放入180°C的恒溫干燥箱內(nèi)反應(yīng)7天，然后把樣品取出過濾，40°C恒溫干燥箱內(nèi)干燥，最后得到直角狀的單晶。光學(xué)顯微鏡圖片(圖5)顯示兩個(gè)直角邊以90°夾角形式存在，沿兩個(gè)直角邊的長度達(dá)約50um左右。實(shí)施例4 其它實(shí)驗(yàn)步驟同實(shí)施例1，僅改變老化溫度，將反應(yīng)混合物放入160°C的恒溫干燥箱內(nèi)反應(yīng)15天，得到直角NaV2O5晶體顆粒。實(shí)施例5 其它實(shí)驗(yàn)步驟同實(shí)施例1，僅改變有機(jī)物均苯三甲酸為有機(jī)物鄰苯二甲酸，偏釩酸銨與鄰苯二甲酸的摩爾比2，得到直角NaV2O5晶體顆粒。實(shí)施例6 其它實(shí)驗(yàn)步驟同實(shí)施例1，僅改變有機(jī)物均苯三甲酸為有機(jī)物均苯四甲酸酐，偏釩酸銨與均苯四甲酸酐的摩爾比2，得到直角NaV2O5晶體顆粒。實(shí)施例7 其它實(shí)驗(yàn)步驟同實(shí)施例2，僅改變有機(jī)物均苯三甲酸為有機(jī)物鄰苯二甲酸，偏釩酸銨與有機(jī)物鄰苯二甲酸的摩爾比1，得到直角NaV2O5晶體顆粒。實(shí)施例8 其它實(shí)驗(yàn)步驟同實(shí)施例3，僅改變有機(jī)物均苯三甲酸為均苯四甲酸酐， 偏釩酸銨與均苯四甲酸酐的摩爾比4，得到的直角NaV2O5晶體顆粒。從上面的實(shí)施例可以看出，本發(fā)明使用有機(jī)物均苯三甲酸，偏釩酸銨與均苯三甲酸的摩爾比為1時(shí)的直角樣品產(chǎn)量最高。使用鄰苯二甲酸、均苯三甲酸、均苯四甲酸或酸酐時(shí)除直角形貌晶體外，還同時(shí)存在其它形貌顆粒，產(chǎn)品純度降低。本發(fā)明中反應(yīng)溫度可以在 150 200°C進(jìn)行，以180°C反應(yīng)得到的樣品形貌最好。與當(dāng)前技術(shù)相比，直角形貌NaV2O5晶體的制備溫度較低，直角晶體尺度可控，產(chǎn)物純度高。
權(quán)利要求
1.一種直角形貌NaV2O5晶體材料的制備方法，其特征為包括以下步驟a)，將芳香酸有機(jī)物溶于水，每摩爾芳香酸加2-6千克水，在常溫?cái)嚢柘录尤霘溲趸c溶液，再加入溶劑，常溫?cái)嚢?0 60分鐘，得到均勻混合溶液；其物料配比為摩爾比芳香酸有機(jī)物氫氧化鈉=1 3. 5，每摩爾芳香酸有機(jī)物加 2. 5 5千克溶劑；b)，向混合物中加入偏釩酸銨，得到黃色透明混合液，攪拌三個(gè)小時(shí)后，將混合物轉(zhuǎn)入帶有聚四氟乙烯內(nèi)襯的不銹鋼反應(yīng)釜內(nèi)，放入150-200°C的恒溫干燥箱內(nèi)老化2-60天；所述的偏釩酸銨與芳香酸有機(jī)物的摩爾比為偏釩酸銨芳香酸有機(jī)物=1 4 1 ；c)，混合物取出過濾，40-60°C恒溫干燥箱內(nèi)干燥，最后得到直角L型NaV2O5晶體材料。
2.如權(quán)利要求1所述的直角形貌NaV2O5晶體材料的制備方法，其特征為所述的芳香酸有機(jī)物具體為對(duì)苯二甲酸、鄰苯二甲酸、均苯三甲酸、均苯四甲酸或它們的酸酐。
3.如權(quán)利要求1所述的直角形貌NaV2O5晶體材料的制備方法，其特征為所述的氫氧化鈉溶液的濃度為2mol/l。
4.如權(quán)利要求1所述的直角形貌NaV2O5晶體材料的制備方法，其特征為所述的溶劑為水、無水乙醇或乙醇溶液。
5.如權(quán)利要求4所述的直角形貌NaV2O5晶體材料的制備方法，其特征為所述的溶劑為乙醇溶液時(shí)的質(zhì)量比水乙醇=1 1。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種直角形貌NaV2O5晶體材料的制備方法，該方法包括以下步驟a)，將芳香酸有機(jī)物溶于水，在常溫?cái)嚢柘录尤霘溲趸c溶液，再加入溶劑，常溫?cái)嚢?0～60分鐘，得到均勻混合溶液；b)，向混合物中加入偏釩酸銨，得到黃色透明混合液，攪拌三個(gè)小時(shí)后，將混合物轉(zhuǎn)入帶有聚四氟乙烯內(nèi)襯的不銹鋼反應(yīng)釜內(nèi)，放入150-200℃的恒溫干燥箱內(nèi)老化2-60天；c)，混合物取出過濾，40-60℃恒溫干燥箱內(nèi)干燥，最后得到直角L型NaV2O5晶體材料。本發(fā)明采用偏釩酸銨為反應(yīng)物，使用有機(jī)物在水/無水乙醇的堿性溶劑體系，對(duì)環(huán)境友好、制備工藝和設(shè)備簡(jiǎn)單，得到L形狀的NaV2O5晶體材料，可以用于納米光學(xué)器件研究。
文檔編號(hào)C01G31/00GK102417206SQ201110252199
公開日2012年4月18日 申請(qǐng)日期2011年8月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月30日
發(fā)明者任鐵真, 范洪杰, 鄭冉 申請(qǐng)人:河北工業(yè)大學(xué)