CN108926712A - 钒化合物在作为光热转换材料中的应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种钒化合物在作为光热转换材料中的应用。所述钒化合物为钼酸钒、二氧化钒和没食子酸钒中任一种；钼酸钒通过如下方法制备：钼酸根离子与钒酰离子在水溶液中进行反应，反应完毕即得；二氧化钒通过如下方法制备：向五氧化二钒的悬浮液中依次滴加浓硫酸和水合肼，得到溶液1，并调节溶液1的pH值至呈棕色；然后进行过滤，将得到的沉淀物溶解于水中得到溶液2；溶液经水热反应即得；没食子酸钒通过如下方法制备：没食子酸与钒酰离子在水溶液中进行反应，反应完毕即得。本发明提供的钒化合物在作为光热转换材料中的应用，制备得到的钒化合物光热转换材料具有良好的摩尔消光系数和光热转换效果，在作为光热转换材料的应用中具有良好的前景。
Description
技术领域
本发明涉及一种钒化合物在作为光热转换材料中的应用，属于光热材料领域。
背景技术
光热转换纳米材料是一种能够吸收近红外光，并将其转化为热能的特殊材料，在肿瘤治疗等方面有很好的应用前景。因此新型光热转换材料的开发是目前的一个研究重点，也是一个研究热点。
目前，已经有很多光热转换材料被报道出来，比如贵金属基(ACS Nano 2008,2,1645-1652.)、半导体基(J.Am.Chem.Soc.2013,135,8571-8577.)、小分子染料(Adv.Funct.Mater.2016,26,3480-34 89.)、碳基(Nat.Commun.2016,7,10437.)和共轭聚合物基光热转换材料(Adv.Funct.Mater.2015,25,1451-1462.)等。这些光热转换材料在近红外区有很强的吸收，同时也有较高的光热转换效率。然而，这些光热转换材料的合成方法相对较为复杂，合成时间较长，不利于其实际应用。
发明内容
本发明的目的是提供供钒化合物在作为光热转换材料中的应用，该钒化合物的制备方法成本低、简便、通用，作为光热转换材料具有良好的摩尔消光系数和光热转换效率。
本发明提供的钒化合物可作为或制备光热转换材料；
所述钒化合物为钼酸钒、二氧化钒和没食子酸钒中任一种。
上述的应用中，所述钼酸钒可通过如下方法制备：
钼酸根离子与钒酰离子在水溶液中进行反应，反应完毕得到含钼酸钒的体系。
上述的制备方法中，所述钼酸根离子由水溶性钼酸盐提供；
所述水溶性钼酸盐可选自下述至少一种：钼酸铵((NH4)2MoO4)、钼酸钠(Na2MoO4)和钼酸钾(K2MoO4)等，但不局限于此；
所述钒酰离子由水溶性钒酰盐提供；
所述水溶性钒酰盐可选自下述至少一种：硫酸钒酰、草酸钒酰、硝酸钒酰和二氯钒酰等，但不局限于此；
所述钼酸根离子与所述钒酰离子的摩尔比可不小于0.01：1，具体可为0.6：1；
所述钼酸根离子的水溶液的浓度可不小于40mmol/L，具体可为1.2mol/L；
所述钒酰离子的水溶液的浓度可不小于40mmol/L，具体可为2mol/L；
所述反应的温度为5～80℃，具体可为25℃。
上述的应用中，所述二氧化钒可通过如下方法制备：
向五氧化二钒的悬浮液中依次滴加浓硫酸和水合肼，得到溶液1，并调节所述溶液1的pH值至呈棕色；然后进行过滤，将得到的沉淀物溶解于水中得到溶液2；所述溶液经水热反应即得所述二氧化钒。
上述的制备方法中，所述浓硫酸与所述五氧化二钒的摩尔比可为5～6：1，具体可为5.75：1；
所述水合肼与所述五氧化二钒的摩尔比可为2～3：1，具体可为2：1；
所述溶液1中，所述五氧化二钒的浓度可不小于0.1mol/L，具体可为0.12mol/L，所述水合肼的浓度可不小于0.2mol/L，具体可为0.25mol/L；
可采用氢氧化钠水溶液调剂pH值，所述氢氧化钠水溶液的溶度可不小于0.25mol/L，具体可为1mol/L；
在60～100℃的条件下滴加所述浓硫酸和所述水合肼，如在90℃的条件下；
所述水热反应的温度为200～300℃，具体可为220℃；
所述水热反应的时间为48～72h，具体可为48h。
上述的应用中，所述没食子酸钒可通过如下方法制备：
没食子酸与钒酰离子在水溶液中进行反应，反应完毕得到含没食子酸钒的体系。
上述的制备方法中，所述钒酰离子由水溶性钒酰盐提供；
所述水溶性钒酰盐可选自下述至少一种：硫酸钒酰、草酸钒酰、硝酸钒酰和二氯钒酰等，但不局限于此；
所述没食子酸与所述钒酰离子的摩尔比可不小于0.05：1，具体可为0.1：1；
所述反应的体系中，所述没食子酸的浓度可不小于60mmol/L，具体可为0.2mol/L，所述钒酰离子的浓度可不小于40mmol/L，具体可为2mol/L；
所述反应的温度为5～80℃，具体可为20℃。
上述制备所述钼酸钒、所述二氧化钒和所述没食子酸钒的方法中，所述反应在搅拌(如磁力搅拌)的条件下进行，搅拌的转速可不小于20rpm，具体可为500rpm；搅拌时间可不小于1min，具体可为10min。
本发明利用钼酸钒、所述二氧化钒和所述没食子酸钒在近红外区的强吸收，有效的吸收近红外光并转换为热能，实现光热转换。
本发明具有如下有益效果：
本发明提供的钒化合物在作为光热转换材料中的应用，该钒化合物的制备方法成本低、简便、通用，制备得到的钒化合物光热转换材料具有良好的摩尔消光系数和光热转换效果，在作为光热转换材料的应用中具有良好的前景。
附图说明
图1为实施例1制备得到的钼酸钒的溶液明场照片。
图2为实施例1制备得到的钼酸钒的紫外-可见-近红外吸收光谱。
图3为实施例1制备得到的钼酸钒的光热升温曲线。
图4为实施例2制备得到的二氧化钒的溶液明场照片。
图5为实施例2制备得到的二氧化钒的紫外-可见-近红外吸收光谱。
图6为实施例2制备得到的二氧化钒的光热升温曲线。
图7为实施例3制备得到的没食子酸钒的溶液明场照片。
图8为实施例3制备得到的没食子酸钒的紫外-可见-近红外吸收光谱。
图9为实施例3制备得到的没食子酸钒的光热升温曲线。
具体实施方式
下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。
下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
下述实施例中光热转换效率的测定方法及计算公式如下：
用已知功率的波长为λ的激光照射已知质量和浓度的钒化合物的水溶液，在照射5分钟后停止照射，用近红外成像仪器每隔0.133秒记录一次温度，记录其降温曲线，并计算每个时间点的温度与最高温度的温度差(ΔT)和整体降温曲线最高温度与最低温度的温度差(ΔTmax)的比值的常用对数值(lg(ΔT/ΔTmax))。对lg(ΔT/ΔTmax)-时间作图，所得斜率为τ，将其代入下述公式(1)和公式(2)中：
其中，η为光热转换效率，m为钼蓝杂多酸的水溶液的质量，Cp为水的比热容，ΔTmax为降温曲线最高温度与最低温度的温度差，Qs为24.2焦耳，I为功率密度，Aλ为已知浓度的光热转换材料在波长λ处的吸收强度。
实施例1、钼酸钒的制备及其在作为光热转换材料中的应用
一、制备方法
按照如下步骤制备钼酸钒：
分别配制1.2mol/L钼酸钠水溶液和2mol/L的硫酸氧钒水溶液，在20℃，按照1：1的体积比，磁力搅拌下(转速为500rpm)将钼酸钠的水溶液滴加入硫酸氧钒的水溶液中，搅拌10min后停止，得到含钼酸钒的体系。
二、应用
(1)光热转换
如图1所示，上述制备得到的钼酸钒水溶液的颜色为蓝黑色。紫外-可见-近红外光谱如图2所示，所得材料在700～900nm范围内有强吸收。当钼酸钒浓度为10ppm时，在785nm激光(1.0W/cm2)照射下在140s内可升高9.5℃(见图3)，光热转换效率为37.78％。因此，本实施例制备得到的钼酸钒可作为和/或制备光热转换材料。
实施例2、二氧化钒的制备及其在作为光热转换材料中的应用
一、制备方法
按照如下步骤制备二氧化钒：
将0.225g五氧化二钒粉末溶解在10mL去离子水中，磁力搅拌下加热到95℃，滴加0.375mL 98％的浓硫酸，然后逐滴加入99％的水合肼0.125mL，用浓度为1mol/L的氢氧化钠溶液调节pH至6，待溶液变成棕色时停止加热。将所得溶液进行过滤，将沉淀物用水洗涤后加10mL去离子水溶解，转移至带聚四氟乙烯内衬的不锈钢水热反应釜中，在220℃下反应48h，得到含二氧化钒的体系；
二、应用
(1)光热转换
如图4所示，上述制备得到的二氧化钒水溶液的颜色为墨绿色。紫外-可见-近红外光谱如图5所示，所得材料在700-900nm范围内有强吸收。当二氧化钒浓度为10ppm时，在785nm激光(1.0W/cm2)照射下在140s内可升高11.3℃(见图6)，光热转换效率为48.15％。因此，本实施例制备得到的二氧化钒可作为和/或制备光热转换材料。
实施例3、没食子酸钒的制备及其在作为光热转换材料中的应用
一、制备方法
按照如下步骤制备没食子酸钒：
分别配制0.2mol/L没食子酸水溶液和2mol/L的硫酸氧钒水溶液，在20℃，按照1：1的体积比，磁力搅拌下(转速为1000rpm)将没食子酸的水溶液滴加入硫酸氧钒的水溶液中，搅拌10min后停止，得到含没食子酸钒的体系。
二、应用
(1)光热转换
如图7所示，上述制备得到的没食子酸钒水溶液的颜色为蓝绿色。紫外-可见-近红外光谱如图8所示，所得材料在700-900nm范围内有强吸收。当没食子酸钒浓度为10ppm时，在785nm激光(1.0W/cm2)照射下在160s内可升高14.9℃(见图9)，光热转换效率为33.01％。因此，本实施例制备得到的没食子酸钒可作为和/或制备光热转换材料。
Claims (8)
1.钒化合物在作为或制备光热转换材料中的应用。
2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于：所述钒化合物为钼酸钒、二氧化钒和没食子酸钒中任一种。
3.根据权利要求2所述的应用，其特征在于：所述钼酸钒通过如下方法制备：
钼酸根离子与钒酰离子在水溶液中进行反应，反应完毕即得所述钼酸钒。
4.根据权利要求3所述的应用，其特征在于：所述钼酸根离子来自于水溶性钼酸盐；
所述水溶性钼酸盐选自下述至少一种：钼酸铵、钼酸钠和钼酸钾；
所述钒酰离子来自于水溶性钒酰盐；
所述水溶性钒酰盐选自下述至少一种：硫酸钒酰、草酸钒酰、硝酸钒酰和二氯钒酰；
所述钼酸根离子与所述钒酰离子的摩尔比不小于0.01：1；
所述水溶液中，所述钼酸根离子浓度不小于40mmol/L，所述钒酰离子的浓度不小于40mmol/L；
所述反应的温度为5～80℃。
5.根据权利要求2所述的应用，其特征在于：所述二氧化钒通过如下方法制备：
向五氧化二钒的悬浮液中依次滴加浓硫酸和水合肼，得到溶液1，并调节所述溶液1的pH值至呈棕色；然后进行过滤，将得到的沉淀物溶解于水中得到溶液2；所述溶液经水热反应即得所述二氧化钒。
6.根据权利要求5所述的应用，其特征在于：所述浓硫酸与所述五氧化二钒的摩尔比为5～6：1；
所述水合肼与所述五氧化二钒的摩尔比为2～3：1；
所述溶液1中，所述五氧化二钒的浓度不小于0.1mol/L，所述水合肼的浓度不小于0.2mol/L；
在60～100℃的条件下滴加所述浓硫酸和所述水合肼；
所述水热反应的温度为200～300℃，时间为48～72h。
7.根据权利要求2所述的应用，其特征在于：所述没食子酸钒通过如下方法制备：
没食子酸与钒酰离子在水溶液中进行反应，反应完毕即得。
8.根据权利要求7所述的应用，其特征在于：所述钒酰离子来自于水溶性钒酰盐；
所述水溶性钒酰盐选自下述至少一种：硫酸钒酰、草酸钒酰、硝酸钒酰和二氯钒酰；
所述没食子酸与所述钒酰离子的摩尔比不小于0.05：1；
所述反应的体系中，所述没食子酸的浓度不小于60mmol/L，所述钒酰离子的浓度不小于40mmol/L；
所述反应的温度为5～80℃。
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