專利名稱：單分散五氧化二釩空心微球的制備方法及其應用的制作方法
技術領域：
本發明涉及五氧化二釩空心微球的制備方法及其應用。
背景技術：
氧化物微球制備的研究主要集中于Zn0、Ti02、Fe203、Mn02和Co3O4等傳統半導體材料，目前有關釩氧化物系列化合物特殊形貌制備中大部分均為開放的層狀結構，而對于單分散五氧化二 f凡空心微球的制備沒有報道。
發明內容
本發明的目的是提供單分散五氧化二釩空心微球的制備方法及其應用。本發明的單分散五氧化二釩空心微球的制備方法按以下步驟進行一、按質量分數為30%的雙氧水蒸餾水=I (I. 5 4)的體積比，配制過氧化氫水溶液；配制濃度為0. 015mol/L 0. 033mol/L的乙酰丙酮釩的甲醇溶液；二、按體積比為I : (4 8)的比例稱取步驟一中配制的過氧化氫水溶液和乙酰丙酮釩的甲醇溶液，將過氧化氫水溶液加入到乙酰丙酮釩的甲醇溶液中，攪拌I 2h后轉移到反應釜中，在140 160°C的溫度下反應8 24h，得到釩氧化物前驅體；三、將步驟二得到的釩氧化物前驅體用乙醇洗滌后，在60 70°C的溫度下，真空干燥10 15h后得到粉體，將粉體在350 400°C的溫度下，熱處理2 3h，得到單分散五氧化二釩空心微球。上述單分散五氧化二釩空心微球的用于制備氣敏元件。本發明原料簡單易得，熱處理過程簡單，耗能較小，首次合成了單分散五氧化二釩空心微球。本發明中過氧化氫水溶液和乙酰丙酮釩的甲醇溶液經過水熱反應后即可得到單分散的空心微球的前驅體；前驅體經熱處理后即可獲得五氧化二釩的空心微球。所得前驅體是直徑約為300nm的單分散的球體，且由更小的納米單元堆積而成的粗糙球面結構。前驅體經熱處理后，粗糙的球面變得較為光滑，并且熱處理后的五氧化二釩空心微球是由納米片搭建而成，球的單分散性沒有因為熱處理而發生改變。本發明所制備的氣敏元件對對三乙胺氣體有很好的選擇性，在370°C工作溫度條件下，對10，50，100，250和500ppm的三乙胺氣體的靈敏度分別為2. 86，5. 70，7. 22，8. 42和
9.74，元件所能測試的三乙胺氣體的最低檢測線為0. Olppm，其靈敏度為I. 283。該氣敏元件對不同濃度的三乙胺氣體均有快速的響應-恢復特性。其響應時間約為20s，恢復時間為
80-100so本發明所制備的單分散五氧化二釩空心微球在制備構筑模板、氣敏、催化及化學吸附等領域具有巨大的應用潛力。
圖I是實施例一干燥后的釩氧化物前驅體的掃描電鏡圖；圖2是實施例一干燥后的釩氧化物前驅體的細節一的掃描電鏡圖；圖3是實施例一干燥后的釩氧化物前驅體的的細節二的掃描電鏡圖；圖4是實施例一單分散五氧化二釩空心微球的掃描電鏡圖；圖5是實施例一單分散五氧化二鑰;空心微球透射電鏡圖；圖6是實施例一單分散五氧化二I凡空心微球的XRD譜圖；圖7是實施例二所制備的氣敏元件對500ppm三乙胺氣體的工作溫度與靈敏度曲線圖；圖8是實施例二所制備的氣敏元件在370°C下對不同濃度三乙胺氣體的濃度與靈敏度曲線圖；圖9是實施例二所制備的氣敏元件在370°C下對0. Ol-Ippm三乙胺氣體的濃度與靈敏度曲線圖；圖10是實施例二所制備的氣敏元件在370°C下對不同濃度三乙胺氣體的響應-恢復曲線圖；圖11是實施例二所制備的氣敏元件在370°C下對不同氣體的選擇性曲線圖。
具體實施例方式本發明技術方案不局限于以下所列舉的具體實施方式
，還包括各具體實施方式
之間的任意組合。
具體實施方式
一本實施方式單分散五氧化二釩空心微球的制備方法按以下步驟進行一、按質量分數為30%的雙氧水蒸餾水=I (I. 5 4)的體積比，配制過氧化氫水溶液；配制濃度為0. 015mol/L 0. 033mol/L的乙酰丙酮釩的甲醇溶液；二、按體積比為I : (4 8)的比例稱取步驟一中配制的過氧化氫水溶液和乙酰丙酮釩的甲醇溶液，將過氧化氫水溶液加入到乙酰丙酮釩的甲醇溶液中，攪拌I 2h后轉移到反應釜中，在140 160°C的溫度下反應8 24h，得到釩氧化物前驅體；三、將步驟二得到的釩氧化物前驅體用乙醇洗滌后，在60 70°C的溫度下，真空干燥10 15h后得到粉體，將粉體在350 400°C的溫度下，熱處理2 3h，得到單分散五氧化二釩空心微球。本實施方式原料簡單易得，熱處理過程簡單，耗能較小，首次合成了單分散五氧化二釩空心微球。本實施方式中過氧化氫水溶液和乙酰丙酮釩的甲醇溶液經過水熱反應后即可得到單分散的空心微球的前驅體；前驅體經熱處理后即可獲得五氧化二釩的空心微球。 所得前驅體是直徑約為300nm的單分散的球體，且由更小的納米單元堆積而成的粗糙球面結構。前驅體經熱處理后，粗糙的球面變得較為光滑，并且熱處理后的五氧化二釩空心微球是由納米片搭建而成，球的單分散性沒有因為熱處理而發生改變。
具體實施方式
二 本實施方式與具體實施方式
一不同的是步驟一中按質量分數為30%的雙氧水蒸餾水=I (2 3)的體積比，配制過氧化氫水溶液。其它與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
三本實施方式與具體實施方式
一或二不同的是步驟一中配制摩爾濃度為0. 02mol/L 0. 03mol/L的乙酰丙酮釩的甲醇溶液。其它與具體實施方式
一或二相同。
具體實施方式
四本實施方式與具體實施方式
一至三之一不同的是步驟二中按體積比為I : (3 6)的比例稱取步驟一中配制的過氧化氫水溶液和乙酰丙酮釩的甲醇溶液。其它與具體實施方式
一至三之一相同。
具體實施方式
五本實施方式與具體實施方式
一至四之一不同的是步驟二中在145 155°C的溫度下反應5 20h，得到釩氧化物前驅體。其它與具體實施方式
一至四之一相同。
具體實施方式
六本實施方式與具體實施方式
一至五之一不同的是步驟三中， 在65°C的溫度下，真空干燥11 14h后得到粉體。其它與具體實施方式
一至五之一相同。
具體實施方式
七本實施方式與具體實施方式
一至六之一不同的是步驟三中， 將粉體在360 380°C的溫度下，熱處理2h，得到單分散五氧化二釩空心微球。其它與具體實施方式
一至六之一相同。
具體實施方式
八本實施方式單分散五氧化二釩空心微球的應用是單分散五氧化二釩空心微球用于制備氣敏元件。
具體實施方式
九本實施方式與具體實施方式
八不同的是氣敏元件的制備方法按以下步驟進行一、按質量分數為30%的雙氧水蒸餾水=I (I. 5 4)的體積比，配制過氧化氫水溶液；配制濃度為0. 015mol/L 0. 033mol/L的乙酰丙酮釩的甲醇溶液；二、按體積比為I : (4 8)的比例稱取步驟一中配制的過氧化氫水溶液和乙酰丙酮釩的甲醇溶液，將過氧化氫水溶液加入到乙酰丙酮釩的甲醇溶液中，攪拌I 2h后轉移到反應釜中，將具有兩個金屬電極的陶瓷管放入反應釜中，在140 160°C的溫度下反應 8 24h，得到長有釩氧化物前驅體的氣敏元件；三、將步驟二得到的長有釩氧化物前驅體的氣敏元件用乙醇洗滌，然后在60 700C的溫度下，真空干燥10 15h后，再在350 400°C的溫度下，熱處理2 3h，得到氣敏元件。本實施方式中所用的具有兩個金屬電極的陶瓷管為市售產品。本實施方式所制備的氣敏元件對對三乙胺氣體有很好的選擇性，在370°C工作溫度條件下，對10，50，100，250和500ppm的三乙胺氣體的靈敏度分別為2. 86，5. 70，7. 22，
8.42和9. 74，元件所能測試的三乙胺氣體的最低檢測線為0. Olppm，其靈敏度為I. 283。該氣敏元件對不同濃度的三乙胺氣體均有快速的響應-恢復特性。其響應時間約為20s，恢復時間為80-100s。采用以下實施例驗證本發明的有益效果實施例一本實施例單分散五氧化二釩空心微球的制備方法按以下步驟進行一、按質量分數為30%的雙氧水蒸餾水=I 4的體積比，配制過氧化氫水溶液；配制摩爾濃度為0. 023mol/L的乙酰丙酮釩的甲醇溶液；二、按體積比為I : 6的比例稱取步驟一中配制的過氧化氫水溶液和乙酰丙酮釩的甲醇溶液，將過氧化氫水溶液加入到乙酰丙酮釩的甲醇溶液中，攪拌Ih后轉移到反應釜中，在150°C的溫度下反應24h，得到釩氧化物前驅體；三、將步驟二得到的釩氧化物前驅體用乙醇洗滌后，在60°C的溫度下，真空干燥 12h后得到粉體，將粉體在400°C的溫度下，熱處理2h，得到單分散五氧化二釩空心微球。圖I是實施例一干燥后的釩氧化物前驅體的掃描電鏡圖；圖2是實施例一干燥后的釩氧化物前驅體的細節一的掃描電鏡圖；圖3是實施例一干燥后的釩氧化物前驅體的的細節二的掃描電鏡圖；圖4是實施例一單分散五氧化二釩空心微球的掃描電鏡圖；圖5是實施例一單分散五氧化二鑰;空心微球透射電鏡圖；圖6是實施例一單分散五氧化二I凡空心微球的XRD譜圖。由圖I、圖2和圖3可以看出前驅體是直徑約為300nm的單分散的空心球體，且由更小的納米單元堆積而成的粗糙球面結構。由圖4可以看出，在400°C熱處理2h后，前驅體粗糙的球面經過熱處理后變得較為光滑，并且熱處理后的球是由納米片搭建而成，球的單分散性沒有因為熱處理而發生改變。由圖5可以看出，獲得的單分散球為空心結構，并且其構建單元為納米片。由圖6可以看出，粉體熱處理后結晶完全，XRD的衍射峰與正交相的五氧化二釩的標準譜圖結構有很好的對應。實施例二 單分散五氧化二釩空心微球作為氣敏元件的應用，氣敏元件的制備方法按以下步驟進行一、按質量分數為30%的雙氧水蒸餾水=I 4的體積比，配制過氧化氫水溶液；配制摩爾濃度為0. 023mol/L的乙酰丙酮釩的甲醇溶液；二、按體積比為I : 6的比例稱取步驟一中配制的過氧化氫水溶液和乙酰丙酮釩的甲醇溶液，將過氧化氫水溶液加入到乙酰丙酮釩的甲醇溶液中，攪拌Ih后轉移到反應釜中，將具有兩個金屬電極的陶瓷管放入反應釜中，在150°C的溫度下反應24h，得到長有釩氧化物前驅體的氣敏元件；三、將步驟二得到的長有釩氧化物前驅體的氣敏元件用乙醇洗滌，然后在60°C的溫度下，真空干燥12h后，再在400°C的溫度下，熱處理2h，得到氣敏元件。本實施例中所用的具有兩個金屬電極的陶瓷管為市售產品。對實施例二進行性能測試，其中靈敏度的定義是S = Ra/Rg，S表示的是靈敏度，Ra 表示元件在空氣中的電阻，Rg表示元件在測試氣氛中的電阻。圖7是實施例二所制備的氣敏元件對500ppm三乙胺氣體的工作溫度與靈敏度曲線圖；測試溫度范圍為260-370°C。由圖7可以觀察到，氣敏元件的靈敏度隨測試溫度的升高而增加。因此，該V2O5空心微球氣敏元件對三乙胺氣體的最佳測試溫度定位370°C。圖8所示為元件在最佳溫度370°C下對不同濃度三乙胺氣體的濃度與靈敏度曲線圖。從圖中可以看出，隨著三乙胺氣體濃度的增加，靈敏度也增加。該材料對10，50，100， 250和500ppm的三乙胺氣體的靈敏度分別為2. 86，5. 70，7. 22，8. 42和9. 74。圖9為氣敏元件對0. Ol-Ippm三乙胺氣體的濃度與靈敏度曲線圖。由圖9可知,元件所能測試的最低檢測線為0. Olppm其靈敏度為I. 283。從以上數據可以看出，該V2O5空心微球材料對低濃度的三乙胺氣體有較好的響應。圖10所示為氣敏元件在370°C下對不同濃度三乙胺氣體的相應-恢復曲線圖。 可以看出元件每次測試后均能恢復到初始的電阻值，說明氣體在材料表面的吸附、脫附過程具有較好的可逆性。從圖10可以看出，該元件對不同濃度的三乙胺氣體均有快速的響應-恢復特性。其響應時間約為20s，恢復時間為80-100S。圖11是實施例二所制備的氣敏元件在370°C下對不同氣體的選擇性曲線圖。從圖 11可以看出，元件對IOOppm的乙醇、NO、丙酮、乙醚、甲苯和三乙胺的靈敏度分別為3. 178、
I.353、I. 837、I. 605,2. 194和7. 222，說明該材料對三乙胺氣體有很好的選擇性。
權利要求
1.單分散五氧化二釩空心微球的制備方法，其特征在于單分散五氧化二釩空心微球的制備方法按以下步驟進行一、按質量分數為30%的雙氧水蒸餾水=I (I. 5 4)的體積比，配制過氧化氫水溶液；配制濃度為0. 015mol/L 0. 033mol/L的乙酰丙酮釩的甲醇溶液；二、按體積比為I: (4 8)的比例稱取步驟一中配制的過氧化氫水溶液和乙酰丙酮釩的甲醇溶液，將過氧化氫水溶液加入到乙酰丙酮釩的甲醇溶液中，攪拌I 2h后轉移到反應釜中，在140 160°C的溫度下反應8 24h，得到釩氧化物前驅體；三、將步驟二得到的釩氧化物前驅體用乙醇洗滌后，在60 70°C的溫度下，真空干燥10 15h后得到粉體，將粉體在350 400°C的溫度下，熱處理2 3h，得到單分散五氧化二釩空心微球。
2.根據權利要求I所述的單分散五氧化二釩空心微球的制備方法，其特征在于步驟一中按質量分數為30%的雙氧水蒸餾水=I (2 3)的體積比，配制過氧化氫水溶液。
3.根據權利要求I所述的單分散五氧化二釩空心微球的制備方法，其特征在于步驟一中配制摩爾濃度為0. 02mol/L 0. 03mol/L的乙酰丙酮鑰;的甲醇溶液。
4.根據權利要求I所述的單分散五氧化二釩空心微球的制備方法，其特征在于步驟二中按體積比為I : (3 6)的比例稱取步驟一中配制的過氧化氫水溶液和乙酰丙酮釩的甲醇溶液。
5.根據權利要求I所述的單分散五氧化二釩空心微球的制備方法，其特征在于步驟二中在145 155°C的溫度下反應5 20h，得到釩氧化物前驅體。
6.根據權利要求I所述的單分散五氧化二釩空心微球的制備方法，其特征在于步驟三中，在65°C的溫度下，真空干燥11 14h后得到粉體。
7.根據權利要求I所述的單分散五氧化二釩空心微球的制備方法，其特征在于步驟三中，將粉體在360 380°C的溫度下，熱處理2h，得到單分散五氧化二釩空心微球。
8.如權利要求I所述的單分散五氧化二釩空心微球的應用，其特征在于單分散五氧化二釩空心微球用于制備氣敏元件。
9.根據權利要求8所述的單分散五氧化二釩空心微球的應用，其特征在于氣敏元件的制備方法按以下步驟進行一、按質量分數為30%的雙氧水蒸餾水=I (I. 5 4)的體積比，配制過氧化氫水溶液；配制濃度為0. 015mol/L 0. 033mol/L的乙酰丙酮釩的甲醇溶液；二、按體積比為I: (4 8)的比例稱取步驟一中配制的過氧化氫水溶液和乙酰丙酮釩的甲醇溶液，將過氧化氫水溶液加入到乙酰丙酮釩的甲醇溶液中，攪拌I 2h后轉移到反應釜中，將具有兩個金屬電極的陶瓷管放入反應釜中，在140 160°C的溫度下反應8 24h，得到長有釩氧化物前驅體的氣敏元件；三、將步驟二得到的長有釩氧化物前驅體的氣敏元件用乙醇洗滌，然后在60 70°C的溫度下，真空干燥10 15h后，再在350 400°C的溫度下，熱處理2 3h，得到氣敏元件。
全文摘要
單分散五氧化二釩空心微球的制備方法及其應用，它涉及五氧化二釩空心微球的制備方法及其應用。本發明的目的是提供單分散五氧化二釩空心微球的制備方法及其應用。制備方法一、配制過氧化氫水溶液和乙酰丙酮釩的甲醇溶液；二、稱取過氧化氫水溶液和乙酰丙酮釩的甲醇溶液并混合，攪拌后轉移到反應釜中，進行水熱反應，得到釩氧化物前驅體；三、將前驅體用乙醇洗滌，真空干燥后，進行熱處理，得到單分散五氧化二釩空心微球。單分散五氧化二釩空心微球用于制備氣敏元件。本發明原料簡單易得，熱處理過程簡單，能耗低，所制備的氣敏元件對三乙胺氣體有很好的選擇性。本發明的空心微球在制備構筑模板、氣敏、催化及化學吸附等領域具有應用潛力。
文檔編號C01G31/02GK102603001SQ20121010505
公開日2012年7月25日 申請日期2012年4月11日 優先權日2012年4月11日
發明者徐英明, 武敏滋, 程曉麗, 趙輝, 霍麗華, 高山 申請人:黑龍江大學