一种制备钒酸盐化合物的方法

摘要

本发明公开了一种制备钒酸盐化合物的方法，该方法包括如下步骤：将过氧化氢溶液滴入到偏钒酸铵去离子水溶液中，搅拌直至得到澄清的黄色溶液，室温下再加入化学计量比的金属盐去离子水溶液，所得的混合溶液在40～60℃下加热搅拌蒸干水分，然后在烘箱中60～80℃干燥得到前驱体。将前驱体研磨后，在氧化气氛中以不同温度锻烧，即可得到钒酸盐化合物。本发明工艺简单，制备周期短，操作方便，实用于制备Na1.25V3O8、Ag0.33V2O5、Ag1.2V3O8、AgVO3等钒酸盐化合物。该类材料可广泛用于能源储存与转化、半导体、催化、光学、磁性材料、传感器等领域，其具有很好的研究价值以及市场前景。

权利要求

1.一种制备钒酸盐化合物的方法，其特征在于，包括以下步骤：将过氧化氢溶液滴入到偏钒酸铵的去离子水溶液中，搅拌至得到澄清的黄色溶液，再加入化学计量比的金属盐溶液或AgO，所得的混合溶液加热搅拌蒸干水分得到前驱体，将前驱体研磨成粉末状后，在氧化气氛中锻烧，即可得到钒酸盐化合物；

所述的过氧化氢溶液的体积分数为30％；所述偏钒酸铵的添加量按过氧化氢溶液体积每毫升添加0.01-0.1克；

所述的金属盐包括Ag或Na的可溶性盐；

所述的锻烧温度范围为300℃～600℃，时间1～8小时，升温速率为1～20℃/min。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的金属盐包括AgNO3、NaF或NaCl。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的混合溶液在40～60℃下加热搅拌蒸干水分。

4.根据权利要求1或3所述的方法，其特征在于，所述的混合溶液加热搅拌蒸干水分后继续在烘箱中60～80℃干燥10小时以上。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，氧化气氛为空气、氧气或含有氧气的气氛。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所形成的钒酸盐化合物包括Na1.25V3O8、Ag0.33V2O5、Ag1.2V3O8、AgVO3或Ag2V4O11。

说明书

一种制备钒酸盐化合物的方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种制备钒酸盐化合物的方法，属于微/纳米功能材料合成领域。

背景技术

[0002] 钒酸盐化合物集钒元素价态多变、钒-氧空间配位方式灵活和导电导热性好、纳米材料表面效应及小尺寸效应等特征于一体，而成为可广泛应用于能源储存与转化、半导体、催化、光学、磁性材料、传感器等领域的重要无机功能材料，是现代功能材料发展的重要方向之一，具有很好的市场应用价值和研究潜力。

[0003] 近几十年，钒酸盐化合物在锂电池电极材料领域受到极大的关注。因为钒有三种5+ 4+ 3+
稳定的氧化态（V 、V 、V ），在发生氧化还原时发生多个价态的变化从而嵌入多个锂，因此钒氧化物能够获得更高的比容量。与第二种金属形成新的钒酸盐化合物，可以使钒氧化物形成更稳定的结构，有利于锂的嵌入脱出，从而提高循环稳定性。

[0004] 在锂电池领域的应用方面，如在钒氧化物中加入纳离子形成钒酸钠材料有利于与基体的粘结，不需要惰性添加剂便可制备薄膜电极。具有层状结构的钒酸钠，其层间距比钒酸锂更大，可以储存较多的锂，可以用作锂二次电池的电极材料。H.Wang等人[J.Power Sources2012,199,263]报道了采用水热法，通过V2O5与NaOH合成Na2V6O16·2.36H2O纳米片，其首次放电容量可达268mAh/g，但循环稳定性能仍需进一步改善。另外，加入银离子形成的银钒氧化物（SVO）由于其能量密度高，自放电率小，安全性能好，使用寿命长，作为一次电池已经被广泛用于植入式心脏转复除颤器（ICD）的电源。由于其自身锂离子扩散系数和电子传输能力比较低，循环性能较差，我们可以尝试通过新方法合成钒酸银，使其用于二次电池，实现能源的循环利用。

[0005] 钒酸盐化合物是目前最具有研究价值的无机功能材料之一，不仅仅是用于锂电池领域，其常见的合成方法的主要有高温固相法、水热合成法、溶胶-凝胶法等。其中固相合成法由于简单方便、易于操作，是工业生产中常用的方法，但是合成的材料颗粒较大，其性能受到限制。水热合成法制备的材料物相均一，颗粒尺寸小，但过程复杂，且需要高压环境。溶胶凝胶法可以实现原料在分子水平的混合均匀，实现材料在较低温度和较短时间的合成有利于制备出高性能的材料，但操作较复杂。因此寻求一种简便合成钒酸盐化合物，并且具有较好性能的方法，具有重要的实际意义。

发明内容

[0006] 本发明公开了一种制备钒酸盐化合物的方法。该方法工艺简单、成本低、产物的产率大且纯度高、性能好，适合应用于大规模生产。

[0007] 本发明的目的是通过以下方式实现的：

[0008] 一种制备钒酸盐化合物的方法，包括以下步骤：将过氧化氢溶液滴入到偏钒酸铵的去离子水溶液中，搅拌至得到澄清的黄色溶液，再加入化学计量比的金属盐溶液，所得的混合溶液加热搅拌蒸干水分得到前驱体，将前驱体研磨成粉末状后，在氧化气氛中锻烧，即可得到钒酸盐化合物。

[0009] 所述的过氧化氢溶液的体积分数为30%；所述偏钒酸铵的添加量按过氧化氢溶液体积每毫升添加0.01-0.1克。

[0010] 所述的金属盐包括Ag或Na的可溶性盐。

[0011] 所述的Ag或Na的可溶性盐包括AgNO3、AgO、NaF或NaCl。

[0012] 述的混合溶液在40～60℃下加热搅拌蒸干水分。

[0013] 所述的混合溶液加热搅拌蒸干水分后继续在烘箱中60～80℃干燥10小时以上。

[0014] 所述的锻烧温度范围为300℃～600℃，时间1～8小时，升温速率为1～20℃/min。

[0015] 所述的氧化气氛为空气、氧气或含有氧气的气氛。

[0016] 所形成的钒酸盐化合物包括Na1.25V3O8、Ag0.33V2O5、Ag1.2V3O8、AgVO3或Ag2V4O11。

[0017] 本发明制备的钒酸盐化合物包括Na1.25V3O8、Ag0.33V2O5、Ag1.2V3O8、AgVO3等，可广泛用于能源储存与转化、半导体、催化、光学、磁性材料、传感器等领域，其具有很好的科学研究价值以及应用前景。本发明使用偏钒酸铵为钒源，其在水溶液中与过氧化氢反应形成混合均匀的钒前驱体溶液，此时加入金属盐溶液，溶液中的离子混合均匀，可以加速离子间的反应，所得到的产品在颗粒大小、均匀性、纯度等方面都可以得到严格控制。另外，此方法得到的产物的产率大，且纯度高，而且该方法采用的设备非常简单，合成温度低，耗时短，生产成本低，适合于大规模生产。

附图说明

[0018] 图1为实施例1中制备的Na1.25V3O8的XRD图谱；

[0019] 图2为实施例2中制备的Ag0.33V2O5的XRD图谱；

[0020] 图3为实施例3中制备的Ag1.2V3O8的XRD图谱；

[0021] 图4为实施例4中制备的AgVO3的XRD图谱。

具体实施方式

[0022] 现以几种典型钒酸盐化合物的制备方法及其XRD图谱为例，分析该类材料的普遍合成规律。以下结合实施例子旨在进一步说明本发明，而非限制本发明。

[0023] 实施例1

[0024] 称取1g NH4VO3放于烧杯中，加入20ml去离子水搅拌，2分钟后加入3ml30%的双氧水，按与NH4VO3摩尔比1.25：3称取NaF置于另一烧杯中，加入20ml去离子水搅拌，五分钟后滴入NH4VO3和双氧水反应的混合溶液中，在60℃下加热搅拌至蒸干水分，在烘箱中80℃干燥一天得到前驱体，将前驱体在马弗炉中以5℃/min的升温速率升到400-550℃并保温4h，得到Na1.25V3O8材料。

[0025] 图1为实施例1的XRD图谱。

[0026] 实施例2

[0027] 称取1g NH4VO3放于烧杯中，加入20ml去离子水搅拌，2分钟后加入3ml30%的双氧水，按与NH4VO3摩尔比0.33：2称取AgNO3置于另一烧杯中，加入20ml去离子水搅拌，五分钟后滴入NH4VO3和双氧水反应的混合溶液中，在60℃下加热搅拌至蒸干水分，在烘箱中80℃干燥一天得到前驱体，将前驱体在马弗炉中以5℃/min的升温速率升到450-550℃并保温4h，得到Ag0.33V2O5材料。

[0028] 图2为实施例2的XRD图谱。

[0029] 实施例3

[0030] 称取1g NH4VO3放于烧杯中，加入20ml去离子水搅拌，2分钟后加入3ml30%的双氧水，按与NH4VO3摩尔比1.2：3称取AgNO3置于另一烧杯中，加入20ml去离子水搅拌，五分钟后滴入NH4VO3和双氧水反应的混合溶液中，在60℃下加热搅拌至蒸干水分，在烘箱中80℃干燥一天得到前驱体，将前驱体在马弗炉中以5℃/min的升温速率升到400-500℃并保温4h，得到Ag1.2V3O8材料。

[0031] 图3为实施例3的XRD图谱。

[0032] 实施例4

[0033] 称取1g NH4VO3放于烧杯中，加入20ml去离子水搅拌，2分钟后加入3ml30%的双氧水，按与NH4VO3摩尔比1：1称取AgNO3置于另一烧杯中，加入20ml去离子水搅拌，五分钟后滴入NH4VO3和双氧水反应的混合溶液中，在60℃下加热搅拌至蒸干水分，在烘箱中80℃干燥一天得到前驱体，将前驱体在马弗炉中以5℃/min的升温速率升到350-400℃并保温2h，得到AgVO3材料。

[0034] 图4为实施例4的XRD图谱。