水热合成条件和稀土掺杂对VO2粉体结构及相变温度的影响研究①

吕 明，王 斌，杜金晶，朱 军

（西安建筑科技大学 冶金工程学院，陕西 西安710055）

VO2是一种典型热致相变化合物［1－2］，在热、电调节领域具有显著应用价值［3－4］。VO2相变温度为68℃，仍显较高［5］，为此科研工作者们开展了一系列研究，尝试降低其相变温度，其中较为有效的手段是元素掺杂。掺杂元素主要包括W［6－7］、Mo［8］、F［9］、Sb［10］和Zr［11］等，不同元素有不同的影响效果，作用机制也存在一定差异。为确保在不使VO2相变跃迁幅度变小的情况下有效降低相变温度，有必要开展元素掺杂研究。稀土离子常被用作光电材料和光催化材料的掺杂剂，对于改善基材的光电特性具有显著作用，但目前采用稀土离子掺杂制备VO2材料的研究还少有报道。鉴于此，本文采用水热合成法［12］，研究了水热条件和Y、La、Ce等几种稀土离子掺杂对VO2粉体结构及相变温度的影响。

1 实 验

称量0.01 mol草酸（分析纯）和0.005 mol五氧化二钒（分析纯），加入到装有80 mL去离子水的烧杯中，在50℃恒温条件下，搅拌至悬浊液转变为深蓝色，配加10%稀土离子掺杂剂，其中Y、La和Ce 3种元素分别以Y2O3（分析纯）、LaCl3（分析纯）和CeCl3（分析纯）的形式加入，之后加入10 mL尿素沉淀剂（0.15 mol／L），再充分搅拌，转移至密闭的聚四氟乙烯反应釜中，在恒温条件下保温一定时间。反应结束后，产物经过滤、洗涤，得到VO2前驱体。将前驱体置于管式炉中热处理，加热前先通氮气30 min，以排出管内的空气和水蒸气，并创造惰性气氛，氮气流量0.4 L／min。管式炉升温速率5℃／min，升温至800℃，保持5 h，停止加热后样品随炉冷却，得到VO2粉体。

采用X射线衍射仪（D ADVANCE A25）和扫描电镜（JSM-6390A）分析试样的微区组成、物相和结构，采用同步热分析仪（STA449F3）分析试样的相变温度。……