钒酸盐纳米材料的制备与应用

朱午年

摘 要：随着人们对材料科学研究的深入与能源危机的加剧，关于金属钒及其化合物的研究取得重大成果，并在各个行业中得到越来越广泛的应用，被誉为“合金的维生素”。 我国的钒矿资源丰富，据统计，总含量在世界上排第三位且分布比较广泛。钒矿主要是以化合态（共生矿和复合矿）形式存在于自然界中，故钒的化合物种类繁多，可多达百种，而且结构复杂。正是由于钒的化合物种类繁多，结构复杂，因此不同结构的钒化合物具有不同的性能，从而可满足不同领域的需求，应用于各个行业和领域。未来金属钒及其化合物将具有更加广阔的应用前景 。

关键词：纳米材料；钒酸银；钒酸铜

中图分类号：TB383文献标识码：B

1.钒酸银的合成与应用

钒酸银是对含有不同比例的银、钒、氧的一类复合化合物的总称。由于钒酸银复合物中银、钒、氧的配比不同，因此钒酸银有许多不同的物理化学性能，其合成应用的方法也不尽相同。

钒酸银复合物的合成和制备主要分为四种合成方法（溶胶—凝胶法、水热法、固相法、微波法），其中固相法合成法是目前实验室应用最广泛的方法，按照反应的原料种类不同，固相合成法又可以分为合成及分解两种方法。

钒酸银的应用范围是比较广泛的，首先它是一种化学试剂，可以作为实验室里的一种试剂，用于合成与制备其他的化合物。在生活中，钒酸银可以作为锂电池的正极材料，被广泛用于生物医学、电子、汽车等领域。

2.钒酸铜的合成与应用

钒酸铜的合成制备方法比较少，在以往的史料中，外国科学家以Cu（NO3）2

和V2O5为原料，采用共沉淀法在400℃温度下合成钒酸铜样品，在600℃温度下合成具有高结晶性的α-CuV2O6三斜晶系。Xiaoyu Cao等人采用溶胶—凝胶法在550℃下以V2O5和Cu2O为原料合成CuV2O6钒酸铜样品。利用这些方法和条件得到的样品，具有更小的晶格常数和更加优良的电气化学性能。在实验室中，我们主要采用溶胶—凝胶法来合成钒酸铜。

纳米材料由于尺度比较小，在等同体积条件下的材料中，纳米材料具有更大的比表面积，而比表面积的增大，对于导电的纳米材料而言，会提高两块材料间的质子扩散效率。钒酸铜纳米材料正是具有以上的优点，当它作为电池的材料时，会大大降低电池盒电极的电阻，提高电池的充放电效率，延长电池的使用寿命，所以，钒酸铜在锂电池中的应用具有很好的发展应用前景。同时，由于钒酸铜的性质等的影响，钒酸铜也被广泛应用于其他类的电子产品中，如笔记本电脑、手机电话、摄影机、激光指南等现代电子设备中。

3.钒酸铋的合成与应用

在BiVO4晶体中，Bi显正三价，V显负五价。在自然界中常见的钒酸铋存在三种晶型形式，即为四方白钨矿型、四方锆石型和单斜白钨矿型结构。在不同温度下反应，会出现不同晶型结构的钒酸铋晶体。

钒酸铋（BiVO4）在生活和生产中一直被用作黄色颜料，并且钒酸铋性质优良，是铋黄的主要成分；在钒酸铋的三种晶型中，四方晶系单斜白钨矿型结构和白钨矿型结构的钒酸铋通常作为黄色颜料使用。而另一种四方晶系的锆石结构的钒酸铋由于其颜色为浅黄色，颜色过淡，不适合作为黄色颜料；但因为其性质优良，而且还是一种安全环保的颜料，因此它在食品和药品的着色等领域得到了广泛应用；同时它有较小的比表面积；但是在激发电子—空穴对的过程中，它由于需要较长的迁移距离以及之后的重组而增加了能源浪费，这些会导致光催化活性的降低。

4.钒青铜纳米结构的合成与应用

钒青铜物质是指具有混价骨架结构的[VxOy]（通常是正四价和正五价的钒及正四价和正三价的钒）。大约从1990年开始，人们着手研究制备钒青铜的新型晶体结构，并解析其结构和测试其性质，发现这些钒青铜的层与层之间可通过电平衡作用连接插入层间的碱土金属离子、碱金属离子以及过渡金属离子等。在一定范围插入阳离子（插入离子的数量非化学计量）后的钒青铜仍可保持与原来结构相同的晶体结构。这些钒青铜的晶体结构大多数与[VxOy]晶体结构相同。

由于钒青铜的性质等方面的影响，钒被广泛应用于工业催化、光催化、生物医疗等领域。

参考文献：

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