二氧化釩
化合物
二氧化釩是一種無機化合物，化學式為VO2，是深藍色的固體。二氧化釩是兩性氧化物，溶於非氧化性酸，形成藍色的釩酰離子VO2+，溶於鹼形成棕色的[V4O9]2−，在高pH下形成[VO4]4−。[1]VO2的相變溫度較低，約66 °C，電阻率、不透明度會在相變時發生改變。基於這些特性，VO2已廣泛用於表面圖層[2]、傳感器[3]和成像[4]等方面，以及在存儲設備中也有着潛在應用。[5]
| 二氧化釩 | |
|---|---|
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| IUPAC名 Vanadium(IV) oxide | |
| 別名 | 氧化釩(IV) |
| 識別 | |
| CAS號 | 12036-21-4 
|
| PubChem | 82849 |
| SMILES |
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| 性質 | |
| 化學式 | VO2 |
| 摩爾質量 | 82.94 g/mol g·mol⁻¹ |
| 外觀 | 深藍色粉末 |
| 密度 | 4.571 g/cm3（單斜） 4.653 g/cm3（四方） |
| 熔點 | 1,967 °C |
| 磁化率 | +270.0·10−6 cm3/mol |
| 結構 | |
| 晶體結構 | 扭曲的金紅石結構（<70 °C, 單斜） 金紅石結構（>70 °C，四方） |
| 危險性 | |
| 警示術語 | R：36/37/38 |
| 安全術語 | S：26-36/37/39 |
| NFPA 704 |
 0
2
0
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| 閃點 | 不可燃 |
| 相關物質 | |
| 其他陰離子 | 二硫化釩 二硒化釩 二碲化釩 |
| 其他陽離子 | 二氧化鈮 二氧化鉭 |
| 相關化學品 | 硫酸氧釩 |
| 若非註明，所有數據均出自標準狀態（25 ℃，100 kPa）下。 | |
製備
編輯二氧化釩的傳統製備方法是利用三氧化二釩和五氧化二釩的歸中反應：[6]
- V2O5 + V2O3 → 4 VO2
K3VO4和KBH4在溶液中發生還原反應，可以得到VO2懸濁液，洗滌、乾燥可得VO2粉末，將粉末在真空中進行熱處理，得到VO2的納米顆粒。[7]
五氧化二釩和碳按化學計量比反應，可以製得二氧化釩。該反應分為兩個階段，第一階段發生在674°C左右，反應生成V6O13，第二階段發生在710°C左右，得到VO2。總反應式如下：[8]
- 2 V2O5 + C → 4 VO2 + CO2↑
此外，還原五氧化二釩至二氧化釩的還原劑還有一氧化碳、氫氣、二氧化硫和草酸。[9]
向含有VO2+（如VOSO4）的溶液中加入適量鹼可以沉澱出水合物VO2·xH2O。[10]
性質
編輯VO2是兩性氧化物，可溶於非氧化性酸或鹼。溶解在酸中得到藍色的VO2+離子，但在空氣中變綠。[9]VO2在空氣中加熱，或者和硝酸反應，會得到V2O5。[10]
參考文獻
編輯- ^ Greenwood, Norman N.; Earnshaw, A. Chemistry of the Elements. Oxford: Pergamon. 1984: 1144–45. ISBN 0-08-022057-6.
- ^ Li, Yamei; Ji, Shidong; Gao, Yanfeng; Luo, Hongjie; Kanehira, Minoru. Core-shell VO2@TiO2 nanorods that combine thermochromic and photocatalytic properties for application as energy-saving smart coatings. Scientific Reports. 2013-04-02, 3 [2017-07-07]. PMC 3613806
. PMID 23546301. doi:10.1038/srep01370. （原始內容存檔於2020-05-09） （英語）. （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）
- ^ Hu, Bin; Ding, Yong; Chen, Wen; Kulkarni, Dhaval; Shen, Yue; Tsukruk, Vladimir V.; Wang, Zhong Lin. External-Strain Induced Insulating Phase Transition in VO2 Nanobeam and Its Application as Flexible Strain Sensor. Advanced Materials. 2010-12-01, 22 (45): 5134–5139 [2017-07-07]. ISSN 1521-4095. doi:10.1002/adma.201002868. （原始內容存檔於2016-11-25） （英語）. （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）
- ^ Gurvitch, M.; Luryi, S.; Polyakov, A.; Shabalov, A. Nonhysteretic behavior inside the hysteresis loop of VO2 and its possible application in infrared imaging. Journal of Applied Physics. 2009-11-15, 106 (10): 104504 [2017-07-07]. ISSN 0021-8979. doi:10.1063/1.3243286. （原始內容存檔於2016-04-30）. （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）
- ^ Xie, Rongguo; Bui, Cong Tinh; Varghese, Binni; Zhang, Qingxin; Sow, Chorng Haur; Li, Baowen; Thong, John T. L. An Electrically Tuned Solid-State Thermal Memory Based on Metal–Insulator Transition of Single-Crystalline VO2 Nanobeams. Advanced Functional Materials. 2011-05-10, 21 (9): 1602–1607 [2017-07-07]. ISSN 1616-3028. doi:10.1002/adfm.201002436. （原始內容存檔於2012-08-23） （英語）. （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）
- ^ Handbook of Preparative Inorganic Chemistry, 2nd Ed. Edited by G. Brauer, Academic Press, 1963, NY. Vol. 1. p. 1267.
- ^ 尹大川, 王猛, 黃衛東. 納米結構二氧化釩(VO2)的製備技術. 西北工業大學學報, 1999(3):493-495
- ^ 徐燦陽, 龐明傑, 原晨光 等. 還原五氧化二釩製備二氧化釩粉末. 材料科學與工程學報, 2006, 24(2):252-254.
- ^ 9.0 9.1 申泮文 等. 無機化學叢書 第八卷 鈦分族 釩分族 鉻分族. 科學出版社, 1998. pp 231
- ^ 10.0 10.1 J. Newton Friend. A Text-Book of Inorganic Chemistry. Vol VI Pt III. London: Charles Griffin & Company, Ltd, 1929. pp 50-51
拓展閱讀
編輯- 何山, 韋柳婭, 傅群 等. 二氧化釩和三氧化二釩研究進展. 無機化學學報, 2003, 19(2):113-118.
- 劉向, 崔敬忠, 梁耀廷 等. 摻鎢二氧化釩薄膜的製備與分析. 真空與低溫, 2004, 10(2):85-88.