层状钒酸钾的制备与表征

田梅娟

(宝鸡文理学院化学与化工学院 陕西省植物化学重点实验室，陕西 宝鸡 721013)



层状钒酸钾的制备与表征

田梅娟

(宝鸡文理学院化学与化工学院 陕西省植物化学重点实验室，陕西 宝鸡 721013)

摘要：以V2O5为钒源，采用水热法制备层状钒酸钾。考察了反应温度、溶液pH值、反应时间等对层状钒酸钾的结晶性和形貌的影响。结果表明，在反应温度为70 ℃、溶液pH值为2.5、反应时间为6 h的条件下，可以得到结晶性良好的层状钒酸钾，其能够满足剥离反应的需要。

关键词：层状钒酸钾；制备；表征

随着我国能源结构的转变，能源的更新换代显得尤为重要。钒酸盐具有良好的结晶性、优异的电化学性能和氧化还原性，在锂离子电池、电化学传感器及光催化领域具有广阔的应用前景[1-3]。其中，钒酸钾有极好的光电性能，在光催化和电化学领域有较高的研究价值。作者以V2O5为钒源，用水热法[4-5]制备层状钒酸钾，通过考察反应温度、溶液pH值和反应时间对层状钒酸钾结晶性和形貌的影响来确定最佳制备条件。

1实验

1.1试剂与仪器

V2O5，分析纯，天津科密欧化学试剂有限公司；KOH，分析纯，天津北晨方正试剂厂；蒸馏水。

UltimaⅣ组合型多功能水平X-射线衍射仪，日本理学公司；FEG250G型场发射扫描电镜，美国FEI公司；DHG-9070A型电热恒温鼓风干燥箱，上海精宏实验设备有限公司；DF-101S型集热式恒温加热磁力搅拌器，郑州长城科工贸有限公司。

1.2方法

1.2.1层状钒酸钾的制备

配制1mol·L-1的KOH标准溶液。以钒钾比0.16将3gV2O5加入到180mL1mol·L-1的KOH溶液中，搅拌至完全溶解，置于磁力搅拌器上搅拌24h，将搅拌好的溶液装入水热反应釜中，预热后放入均相反应器中，在一定的反应温度、溶液pH值、反应时间下反应，反应结束后取出反应釜冷却，过滤、洗涤、干燥，即得到金黄色层状钒酸钾粉末。

1.2.2反应条件对层状钒酸钾的结晶性和形貌的影响

分别在反应温度为50 ℃、60 ℃、70 ℃，溶液pH值为2.5、3.5、4.5，反应时间为4h、5h、6h的条件下制备层状钒酸钾，采用XRD、SEM对合成产物的结晶性和形貌进行表征，研究反应条件对层状钒酸钾的结晶性和形貌的影响。

2结果与讨论

2.1反应温度对产物的影响

在溶液pH值为2.5的条件下，分别于50 ℃、60 ℃、70 ℃下水热反应6 h，所得样品的XRD图谱和SEM照片分别如图1、图2所示。

图1　不同反应温度下所得样品的XRD图谱Fig.1　XRD Patterns of samples at different reaction temperatures

a.50 ℃　b.60 ℃　c.70 ℃ 图2　不同反应温度下所得样品的SEM照片Fig.2　SEM Images of samples at different reaction temperatures

层状钒酸钾的特征衍射峰在2θ=11.57°处，衍射峰越强，产品结晶度越高。从图1可以看出，当反应温度为50 ℃时，在11.57°处没有出现特征衍射峰，说明没有生成所需样品；当反应温度为60 ℃时，在11.57°处已有出峰趋势；当反应温度为70 ℃时，在11.57°处出现了强的特征衍射峰，表明在此温度下可以得到较理想的层状钒酸钾，而且产物的结晶性较好。

从图2可以看出，在反应温度为50 ℃时所得样品粒子呈零散状的板状结构；在反应温度为60 ℃时所得样品粒子有部分层状形貌，但所占比例不大；在反应温度为70 ℃时所得样品粒子插层明显清晰，且所占比例增大。结合XRD图谱，选择制备层状钒酸钾的最佳反应温度为70 ℃。

2.2溶液pH值对产物的影响

分别调节溶液pH值为2.5、3.5、4.5，在70 ℃下水热反应6 h，所得样品的XRD图谱和SEM照片见图3、图4。

图3　不同pH值下所得样品的XRD图谱Fig.3　XRD Patterns of samples at different pH values

a.pH=4.5　b.pH=3.5　c.pH=2.5 图4　不同pH值下所得样品的SEM照片Fig.4　SEM Images of samples at different pH values

从图3可以看出，当溶液pH值分别为2.5、3.5、4.5时，均可以在11.57°处出现层状钒酸钾的特征衍射峰，说明在上述pH值条件下均可以得到所需样品，而且样品的结晶度随溶液pH值的减小而提高，在pH值为2.5时所得样品的衍射峰强度最强、结晶性最好。

从图4可以看出，pH值为4.5时，所得样品粒子呈不规则板状结构；pH值为3.5时，所得样品粒子出现少量层状结构；pH值为2.5时，所得样品粒子插层明显，边缘清晰且粒子尺寸较小，有利于后续研究。结合XRD图谱，选择制备层状钒酸钾的最佳溶液pH值为2.5。

2.3反应时间对产物的影响

在溶液pH值为2.5、反应温度为70 ℃时分别水热反应4 h、5 h、6 h，所得样品的XRD图谱和SEM照片如图5、图6所示。

图5　不同反应时间下所得样品的XRD图谱Fig.5　XRD Patterns of samples at different reaction time

从图5可以看出，水热反应4 h、5 h、6 h时，均在11.57°处出现特征衍射峰，说明水热反应4 h、5 h、6 h均可得到所需样品，但3个样品的衍射峰强度有明显区别，随着反应时间的延长，衍射峰强度显著增强，所得样品的结晶度提高；水热反应6 h所得样品的特征衍射峰最强，表明此时所得样品结晶性已经很好；继续延长反应时间，会导致所得样品的粒子尺寸增大，不利于剥离反应的进行。

从图6可以看出，反应4 h后，只有极少量粒子出现层状形貌，大部分粒子呈零散、无规则排列状态，没有较理想的形貌；反应5 h后，层状形貌粒子增多，但仍有一部分是板块状；反应6 h后，形成的插层明显且清晰，插层厚度较薄。结合XRD图谱，选择制备层状钒酸钾的最佳反应时间为6 h。

a.4 hb.5 hc.6 h

图6不同反应时间下所得样品的SEM照片

Fig.6SEM Images of samples at different reaction time

3结论

通过XRD和SEM分析，对层状钒酸钾水热合成方法进行了研究，考察了反应温度、溶液pH值及反应时间对产物的影响。结果表明，在反应温度为70 ℃、溶液pH值为2.5、反应时间为6 h的条件下可以得到形貌理想且结晶性良好的层状钒酸钾。

参考文献：

[1]MAI L Q,CHEN W,XU Q,et al.Cost-saving synthesis of vanadium oxide nanotuhes[J].Solid State Commun,2003,126(10):541-543.

[2]CHEN X,SUN X M,LI Y D.Self-assembling vanadium oxide na-notubes by organic molecular templates[J].Inorg Chem,2002,41(17):4524-4530.

[3]杜庆洋,杨振明,张劲松.钒酸盐对柴油机排气中碳烟氧化的催化性能[J].材料研究学报,2004,18(2):205-212.

[4]XU H Y,WANG H,SONG Z Q,et al.Novel chemical method for synthesis of LiV3O8nanorods as cathode materials for lithium ion batteries[J].Electrochim Acta,2004,49(4):349-353.

[5]PAN G T,LAI M H,JUAN R C,et al.Preparation of visible-light-driven silver vanadates by a microwave-assisted hydrothermal method for the photodegradation of volatile organic vapors[J].Ind Eng Chem Res,2011,50(6):2807-2814.

基金项目：宝鸡文理学院校级科研项目(ZK16126)

收稿日期：2016-01-26

作者简介：田梅娟(1985-)，女，陕西宝鸡人，助理实验师，研究方向：材料化学，E-mail：tianmeijuan549@126.com。

doi：10.3969/j.issn.1672-5425.2016.07.013

中图分类号：O 613

文献标识码：A

文章编号：1672-5425(2016)07-0055-03

Preparation and Characterization of Layered Vanadium Acid Potassium

TIAN Mei-juan

(ShaanxiKeyLaboratoryofPhytochemistry,CollegeofChemistryandChemicalEngineering,BaojiUniversityofArtsandSciences,Baoji721013,China)

Abstract：Layered vanadium acid potassium was prepared by a hydrothermal method using V2O5 as a vanadium source.Effects of reaction temperature,pH value of solution and reaction time on crystallinity and morphology of layered vanadium acid potassium were studied.Results showed that,when reaction temperature was 70 ℃,pH value of solution was 2.5 and reaction time was 6 h,the layered vanadium acid potassium with good crystallinity was obtained,which met the requirement of stripping reaction.

Keywords：layered vanadium acid potassium;preparation;characterization

田梅娟.层状钒酸钾的制备与表征[J].化学与生物工程，2016，33(7)：55-57.