1、94工业安全与环保Indusmal Safety and Environmental Protection2013年第39卷第2期February 2013两种纳米结构五氧化二钒的合成与表征*罗卫 强敏 唐雪萍 王玉珏 雷晶晶 王欣(武汉科技大学化学工程与技术学院武汉430081)摘要分别以五氧化二钒为钒源、双氧水为溶剂和以偏钒酸铵为钒源、稀硫酸为溶剂，通过低温水热法合成了五氧化二钒纳米带和纳米板。并利用x射线衍射(XRD)、傅里叶红外光谱(Frm)和场发射扫描电镜(SEM)对产物进行表征。结果表明，反应产物均为正交的五氧化二钒晶型，纳米带宽度100300 nm，厚度约100 nlll左右，纳
2、米板形状规则，分布较为均匀，厚度在纳米级别。关键词 五氧化二钒水热法纳米结构表征Synthesis and Characterization of Two Kinds of Nanostructure of Vanadium PentoxideLUO Wei QL州G Min TANG Xueping WANG Yujue LEI Jingiing WANG Xin(College ofChemical Engineering and Technology，Wuhan C，r流哪毋ofScience and Technology Wtaktn 430081)Abstract Vanadium
3、pentoxide llanobelts and llanoplate a弛synthesized by a low temperature hydrothermal methodUSing vanadium pentoxide as vanadium sou_re，hydrogen peroxide as the solvent and ammonium metavanadate勰vanadiumf,oureedilute sulfuric acid aS the solvent respectivelyThe products aIe characterized by XRay鼢clion
4、(XRD)，Fouri-el“Infrared Spectrum(rrre)and Field Emission Seaming Electron Microscopy(SEM)The results show that the reactionproducts tire all c0吗ped of onhogoml vanadium pentoxideThelalobelts a增1130300姗in width and lid nlllaround in thicknessAnd the rlanopht,兰are naI】0nleter level in thickness with r
5、eg山r 8llape and IilifolTn distributionKey Words vanadium pentoxide hydrothermal method nanostrucllll屯characterization0引言纳米粒子具有许多宏观粒子所不具备的新异的物理化学特性。近年来，纳米材料与纳米科技的发展已广泛地渗透到催化研究领域，促成了以纳米催化剂为代表的“第四代催化剂”的出现及其相关研究的蓬勃发展。纳米催化剂是以颗粒尺寸为纳米量级的纳米微粒为主体的材料。与一般催化剂相比，纳米催化剂具有高活性和选择性等诸多优异的性能。因此，纳米催化剂的研究得到了广泛关注，应用纳米技术来获
6、得高性能的催化剂已成为催化领域的研究热点12|。我国钒矿资源丰富，居世界第三位且分布广泛。钒矿主要和其他矿物一起以共生矿和复合矿的形式存在，故种类繁多，可达百种左右【3J3。钒的化合物种类繁多，结构复杂，具有广泛的用途。以钒氧化物为主要活性成分的钒催化剂由于活性高、价廉、稳定性好，已被广泛用于化工原料合成领域，如硫酸生产、苯酐生产、顺酐生产、选择性催化还原(SCR)氮氧化物及聚合反应等4|。五氧化二钒负载在二氧化硅、二氧化钛、氧化铝等，在催化脱硫上有着非常广泛的应用55。水热法是制备氧化物纳米晶体的重要方法，是指在密闭体系中，以水为溶剂，在一定温度、水自生压力下，原始混合物进行反应，通常在不锈
7、钢反应釜内进行6J6。与其他方法相比，水热法制备的纳米材料具有高纯、超细、粒径均匀、晶体发育完整、工艺相对简单、所需的温度低等优点受到极大的重视7J。目前，国内利用水热法制备氧化铁8、二氧化锡9I、二氧化钛10等金属氧化物纳米颗粒的研究技术比较成熟，而采用水热法制备五氧化二钒纳米颗粒暂处于起步阶段。本研究采用低温水热法合成了不同形貌的五氧化二钒纳米结构，对进一步合成具有更好脱硫脱硝性能的五氧化二钒(V205)纳米负载型催化剂有重要意义。l实验部分11试剂和仪器111试剂五氧化二钒、双氧水、偏钒酸铵、硫酸等均为分析纯。*基金项目：“十二五”国家科技支撑计划首批启动重点项目(201 1BAB058
8、05)。万方数据95112仪器Xpertpro自动x射线衍射仪，荷兰Philips(铜靶的鼬辐射，A=0154 18砌)；VERTEX70型傅里叶红外光谱仪，德国Bruker公司；NovMOONanoSEM型场发射扫描电子显微镜，FEI香港有限公司。12实验方法121以v205为钒源，双氧水为溶剂制备称取091 g v205粉末，加入一定浓度的双氧水溶液40 mL，搅拌1 h后形成深红色溶液，将此溶液转入一个50 mL带有聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中，密封后置于烘箱中，在180下保温反应24 h。待反应结束后自然冷却至室温后将沉淀物用去离子水和无水乙醇各离心洗涤数次，在60真空干燥8h。即得V
9、205纳米颗粒，记为样品I。122以NH4V03为钒源，稀硫酸为溶剂制备在磁力搅拌的条件下，称取0117 g NI-14V03加入到盛有40 mL稀硫酸的烧杯中，约30 min后得到一亮黄色澄清溶液；然后将此溶液转入一个50 mL带有聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中，密封后置于烘箱中，在180下保温反应12 h。待反应结束后自然冷却至室温后将沉淀物用去离子水和无水乙醇各离心洗涤数次，在60真空干燥过夜，即得v205纳米颗粒，记为样品。2结果与讨论21 x射线衍射分析图1为样品工的XRD图，图中样品I的主要峰强且尖锐，半高宽窄，说明样品结晶度好，并在2e为1540、2040、2170 2620和31
10、oo处有特征衍射峰，与V205标准图谱(PDF#720433)的强特征谱线相吻合，属于正交晶型，晶格常数a=1151 nm，b=0436 9 rim，c=0356 3 nm，口、p和7角均为900。越黑图1样品I的XRD图图2为样品的XRD图，从图中可以看出，样品的主要特征峰比较强且较尖锐，半高宽较窄，说明样品结晶度较好，并在2e为1540,2030 2160、262。和31。1。处有特征衍射峰，与v205标准图谱(PDF#411426)的强特征谱线相吻合，同时，晶格常数a=1。151 am，b=0356 5 nll，c=0437 2 nm，口、p和y角均为90。，说明v205的晶型为正交晶型
11、。由此可知，制备的样品工与样品均为正交的v205晶型。倒憩2a(。)图2样品的XRD图22红外分析采用固体样品与KBr粉末(光谱纯)压片法测试，样品与KBr比例为1：100，分辨率为4 cin_。，扫描次数为32次，扫描范围为4 000。400 cln一10图3为样品工的红外光谱谱图，3 200锄。1附近处的吸收峰较宽可能为游离或缔合的酚羟基、羧基或水中OH的伸缩振动峰，而本样品制备以双氧水为溶剂，可以推断该吸收峰为其反应生成的水未除尽或是从空气中吸收的水蒸气而产生的。在400。l 000 cm“之间的吸收谱带归因于各种钒氧基团的振动。其中在742 cm-1和600 cln-1附近出现的吸收峰
12、可归属于晶态v205的两个特征峰，与陈文【1I】等报道一致。摹镁蜊酞波长cm1图3样品I的红外光谱谱图图4为样品的红外光谱谱图，3 400 cm。1附近处的吸收峰可归属于NH的伸缩振动峰，1 600cm一附近处的吸收峰可归属于NH的弯曲振动，而本样品制备是以偏钒酸铵为钒源，可能是其未反应完全的残留部分丽产生的。2 800。3 100锄-1之间的吸收峰可归属于为烷烃的CH伸缩振动，可能是由于在样品制备过程中带人的杂质而引起的，万方数据964001 000 cm。1之间的吸收谱带归因于各种钒氧基团的振动，在1 000 cm-1附近处以及480。600 cm-1之间的吸收峰可归属于晶态v205的特征
13、吸收峰，与陈求索121等报道一致。装槲蝌酞波长cm一1图4样品的红外光谱谱图23 SEM分析样品通过喷金预处理，加速电压为02，30kV，电子束流范围03 pA22 nA，连续可调，样品台移动范围：X=Y=100 mill。图5为样品I的扫描电镜图片，从图中可以看出，样品为形状规则的带状结构，团聚较少，长度在几微米，宽度100。300 rlrfl，厚度也在100 nm左右。由此可见，在水热反应温度为180 oC，反应时间为24h的条件下可以制备出条状形貌的纳米带。图5样品I的SEbi照片图6为样品的扫描电镜图片，从图中可以看出，样品为一大平板，片状结构，形状规则，长度和宽度都在几微米，厚度在纳
14、米级别。由此可见，在水热反应温度为180 oC，反应时间为12 h的条件下可以制备出片状规则形貌的纳米板。3结论以不同钒源和溶剂，通过低温水热法合成了不同形貌的v205纳米颗粒。此反应过程简单，不需要添加任何分散剂和表面活性剂，原料低廉，得到的v205纳米颗粒对进一步脱硫脱硝负载型催化剂的制备奠定了基础。图6样品的SEM照片(1)以v205为钒源，双氧水为溶剂制备了正交晶型的v205纳米带，形状规则，团聚较少，长度几微米，宽度100300 nin，厚度在100 nnl左右。(2)以M-14V03为钒源，稀硫酸为溶剂制备了正交晶型的v205纳米板，形状规则，分布较为均匀，长度和宽度都约几微米，厚
15、度在纳米级别。参考文献1廖代伟催化科学导轮M北京：化学工业出版社，2006：1392李敏，崔灿纳米催化剂研究进展J材料导报，2006，20(5)：83费海龙纳米结构钒氧化物和钒青铜的制备与表征D天津：南开大学，2009：14杨绍利，潘复生，彭富昌，等新型纳米钒催化剂的制备及性能研究J材料导报，2008，22：24265Weckhuysen B M，Daphne E KChemistry，spectroscopy and therole of supported vanadium oxides in heterogeneous catalysisJCatal Today，2003，7：25466
16、肖逸帆，柳松纳米二氧化钛的水热法制备及光催化研究进展J硅酸盐通报，2007，26(3)：5237李子荣，郑胜彪Sn02纳米粉体的水热法制备与表征J安徽科技学院学报，2006，20(3)：178杨旭，胡波，胡玲水热法制备纳米氧化铁的研究J山东化工，2010，39(6)：17199于桂霞，祝洪良，姚奎鸿二氧化锡(Sn02)纳米颗粒的水热合成及表征J浙江理工大学学报，2006，23(2)：16616810刘姝君，刘桂霞，董相廷，等水热法制备高相变温度的二氧化钛纳米结构空心球J精细石油化工，2010，27(3)：1311陈文，彭俊峰，麦立强，等两种一维纳米结构钒氧化物的合成与表征J无机化学学报，200
17、4，20(2)：148149121陈求索，余海潮，黄金山，等钒氧化物纳米管的制备与表征J武汉工程大学学报，2009，31(5)：5556作者简介罗卫，男，1987年生，武汉科技大学硕士研究生。研究方向：纳米材料的合成及应用。(oR稿日期：20120106)万方数据两种纳米结构五氧化二钒的合成与表征作者： 罗卫， 强敏， 唐雪萍， 王玉珏， 雷晶晶， 王欣， LUO Wei， QIANG Min， TANG Xueping， WANGYujue， LEI Jingjing， WANG Xin作者单位： 武汉科技大学化学工程与技术学院 武汉430081刊名： 工业安全与环保英文刊名： Indust
18、rial Safety and Environmental Protection年，卷(期)： 2013,39(2)参考文献(12条)1.廖代伟 催化科学导轮 20062.李敏;崔灿 纳米催化剂研究进展期刊论文-材料导报 2006(05)3.费海龙 纳米结构钒氧化物和钒青铜的制备与表征学位论文 20094.杨绍利;潘复生;彭富昌 新型纳米钒催化剂的制备及性能研究期刊论文-材料导报 2008(Z2)5.Weckhuysen B M;Daphne E K Chemistry,spectroscopy and the role of supported vanadium oxides in hete
19、rogeneouscatalysis 20036.肖逸帆;柳松 纳米二氧化钛的水热法制备及光催化研究进展期刊论文-硅酸盐通报 2007(03)7.李子荣;郑胜彪 SnO2纳米粉体的水热法制备与表征期刊论文-安徽科技学院学报 2006(03)8.杨旭;胡波;胡玲 水热法制备纳米氧化铁的研究期刊论文-山东化工 2010(06)9.于桂霞;祝洪良;姚奎鸿 二氧化锡(SnO2)纳米颗粒的水热合成及表征期刊论文-浙江理工大学学报 2006(02)10.刘姝君;刘桂霞;董相廷 水热法制备高相变温度的二氧化钛纳米结构空心球期刊论文-精细石油化工 2010(03)11.陈文;彭俊峰;麦立强 两种一维纳米结构钒氧化物的合成与表征期刊论文-无机化学学报 2004(02)12.陈求索;余海潮;黄金山 钒氧化物纳米管的制备与表征期刊论文-武汉工程大学学报 2009(05)引用本文格式：罗卫.强敏.唐雪萍.王玉珏.雷晶晶.王欣.LUO Wei.QIANG Min.TANG Xueping.WANG Yujue.LEI Jingjing.WANG Xin 两种纳米结构五氧化二钒的合成与表征期刊论文-工业安全与环保 2013(2)
