溶膠-凝膠法制備V2O5粉體及其性能研究.pdf

1、V2O5屬于斜方晶系鈣鈦礦結(jié)構(gòu),是一種具有層狀結(jié)構(gòu)的過渡金屬氧化物,有很廣的應(yīng)用范圍:如催化劑、高容量鋰離子電池正極材料、電致變色器件、電子和光學(xué)開關(guān)等方面。利用溶膠.凝膠法制備五氧化二釩材料,一直是研究的重點(diǎn)。本論文采用溶膠.凝膠制備技術(shù),在相對(duì)較低溫度下制備了V2O5微晶,并研究了其反應(yīng)動(dòng)力學(xué)和微晶的光學(xué)性能;在溶膠.凝膠制備V2O5微晶的基礎(chǔ)上通過添加不同種類、質(zhì)量分?jǐn)?shù)的模板劑研究其對(duì)微晶制備的影響;通過添加絡(luò)合物對(duì)溶膠.凝膠過程

2、進(jìn)行絡(luò)合反應(yīng)來制備V2O5微晶,對(duì)其光學(xué)性能進(jìn)行了測(cè)試。主要研究內(nèi)容和結(jié)果如下。
　　 采用分析純的NH4VO3和CO(NH2)2為起始原料,用NH3·H2O調(diào)節(jié)pH值,采用溶膠-凝膠法在450℃制備了V2O5微晶,系統(tǒng)研究了煅燒溫度等因素對(duì)合成V2O5微晶的影響。采用X-射線衍射分析(XRD),示差掃描量熱分析(DSC),掃描電子顯微鏡(SEM)以及紫外可見光譜(UV-Vis)等手段對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行了表征。結(jié)果表明,當(dāng)反應(yīng)溫度超過6

3、00℃時(shí),V2O5微晶表現(xiàn)出(001)晶面的取向生長特征,形成了片狀結(jié)構(gòu)的V2O5微晶。當(dāng)煅燒溫度達(dá)到700℃時(shí),V2O5沿(001)晶面的取向度為88.6%。采用Kissinger方法計(jì)算得到V2O5的合成活化能為95.81kJ/mol。利用紫外-可見光譜分析,V2O5微晶的光學(xué)帶隙約為2.14eV。
　　 在溶膠-凝膠法研究的基礎(chǔ)上,以偏釩酸銨,尿素為原料,以聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇4000為模板劑,研究添加不同種類、質(zhì)量分

4、數(shù)的模板劑對(duì)制備V2O5微晶工藝和產(chǎn)物形貌的影響。通過XRD,DSC/TG,SEM對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行了表征測(cè)試。結(jié)果表明:不同PVP-K30的加入量對(duì)晶體的合成溫度有一定影響,添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%的PVP-K30在不同煅燒溫度下制備得到的V2O5微晶的XRD圖譜的衍射峰位置與標(biāo)準(zhǔn)卡片對(duì)應(yīng)較好。當(dāng)煅燒溫度500℃時(shí),添加10%的PVP-K30可以得到沿c軸生長的長棒狀V2O5晶體,其長度約為5μm。當(dāng)以PEG-4000為模板劑制備V2O5微晶時(shí),隨著

5、PEG-4000質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大,DSC-TG測(cè)試顯示煅燒合成溫度有所降低;XRD圖譜中個(gè)別晶面的衍射強(qiáng)度升高;除此之外,隨著PEG-4000質(zhì)量分?jǐn)?shù)的提高,在同樣的制備條件下,可得顆粒更微小,生長更整齊,團(tuán)簇面積更大的V2O5晶體團(tuán)簇,每一個(gè)片狀晶體寬度約在0.5～1μm。
　　 通過絡(luò)合溶膠.凝膠法,以分析純的NH4VO3為原料,EDTA為絡(luò)合劑,二者絡(luò)合比為1:1,用5%的NH3·H2O調(diào)節(jié)pH值,在較低的合成溫度下(400

6、℃)制備出了結(jié)晶性能有所改善的V2O5微晶。系統(tǒng)研究了煅燒溫度、pH值等因素對(duì)V2O5微晶的影響。采用X-射線衍射分析(XRD),差熱.熱重分析(DSC-TG),透射電子顯微鏡(TEM)、紅外光譜分析(FT-IR)、掃描電子顯微鏡(SEM)以及紫外可見光譜(UV-Vis)等手段對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行了表征測(cè)試。結(jié)果表明:煅燒溫度為500℃時(shí)能得到結(jié)晶性最為優(yōu)良,晶體形狀生長最好,尺寸在2～3μm的V2O5晶體。當(dāng)pH為4時(shí),EDTA完全溶解,得到的