二氧化钒的制备与应用

简介

二氧化钒（Vanadium(IV) oxide）是一种氧化物，分子式为VO2，分子量为82.94。为深蓝色晶体粉末，单斜晶系结构。不溶于水，易溶于酸和碱中。化学性质不太稳定，在空气中缓慢氧化，与硝酸作用生成五氧化二钒。

制备方法

1、水解法

水解法利用钒氧根离子水解生成氢氧化钒沉淀，并对沉淀进行热处理后生成二氧化钒。具体工艺过程为：将NH₄HCO₃溶液滴入VOSO₄溶液中，充分反应后生成沉淀，沉淀物在氦气保护下退火即可获得二氧化钒粉末。在VOSO₄溶液中加入掺杂离子溶液，可获得掺杂二氧化钒粉末。

2、草酸氧钒热分解法

林华等用V₂O₅和草酸为原料制备出前驱体VOC₂O₄・H₂O，将所得前驱体在管式真空炉内煅烧即可得到纳米尺寸的二氧化钒。

3、水热法

Gui Z等用NH₄VO₃与水合肼为原料，采用水热法，制备出纳米级的亚稳态二氧化钒。水热法能很好地控制产物的颗粒尺寸与形貌，工艺简单容易掌握，但是生产周期较长，不适合大规模生产。

4、甲醛还原法

陈泳等采用甲醛还原法制备掺杂钼的二氧化钒，将V2O5与浓盐酸在80~90℃反应2h，当反应体系由混独的红褐色变成透明的绿色时，加入几滴甲醛，继续反应，直至体系变成透明的宝石蓝溶液。加人钼离子和钒离子，加热搅拌浓缩溶液，直到产生蓝黑色的物质，氩气保护热处理得到蓝黑色的二氧化钒粉末。生成的掺钼二氧化钒粉末有效地降低了二氧化钒的相变温度。

应用

1、太阳能控温材料

二氧化钒具有金属-半导体相变特性。在二氧化钒中掺杂其他元素，如W⁶⁺、Mo⁶⁺等，可以有效降低二氧化钒的相变温度，使其尽量接近室温。在二氧化钒中每掺入1%W⁶⁺或Mo⁶⁺时，相变温度分别降低26K和11K。太阳辐射能的98%都处于可见光和红外光波段，在这个波段，二氧化钒薄膜具有较高的低温透过率和很低的高温透过率。这种材料涂覆于玻璃表面，可以达到冬暖夏凉的效果。

2、红外脉冲激光辐射保护膜

利用激光辐射可激发相变的特点，将二氧化钒薄膜作为红外脉冲激光的保护膜，以防止红外脉冲激光致育武器对人眼、红外敏感器件的破坏，达到保护士兵眼睛、皮肤和红外双筒窥视镜、红外线观测仪等军用红外敏感器件安全的效果。

3、光盘材料

因二氧化钒薄膜的相变是可逆的，所以可以利用这个特性将二氧化钒薄膜制成光学数据存储材料，达到可读、可写、可擦除的效果。用激光照射二氧化钒薄膜，当能量足够大时，被照射点由半导体态相变到高温金属态，然后保持溢度不变，这样不同地方膜的反射率就会有变化。这种变化可由激光检测出，这就是光存储的原理。当温度降到远小于相变温度时，被照射点由高溢导体态变为低温半导体态，存储的信息筱擦除掉。

4、锂电池电极

二氧化钒还可以作为锂电池的电极材料。由于钒氧化合物具有开放式层状结构，层内一般为强烈的共价键，层间为弱的范德华力或氢键，可以嵌人原子或分子；并且钒氧化物价态多样(主要在V⁵⁺~V²⁺之间)，具有良好的反应活性，它们之间的能量差异不大，有多种混合价态的金属性化合物存在。与其它正极材料相比，钒氧化合物的最大优点是具有较高的比容量。这些使钒氧化合物作为正极材料具有很强的吸引力。钒氧化物具有高的嵌锂电压、高的比容量、良好的循环性能以及低的成本。

参考文献

[1]康晓春,赵颖,王胤博,等. 二氧化钒制备与应用的新进展[J]. 材料导报,2008,22(z3):196-199.