一种具有低热膨胀且增强光电、光催化性能的钒酸盐及其烧结合成方法和应用

本发明属于无机非金属材料领域，特别涉及一种具有低热膨胀且增强光电、光催化性能的钒酸盐及其烧结合成方法和应用。

背景技术：

1、随着电子技术和光电子技术的迅猛发展，半导体器件正被广泛应用于通信、计算、能源等领域。然而，随着这些器件的不断集成和微型化，其工作温度和环境逐渐变得极端化，对材料的功能稳定性要求提高。在反复加热和冷却的循环过程中，材料产生的热量如果得不到释放，诱发的热应力成为降低功能稳定性是一个关键问题，尤其是在高功率、高频率或高温环境下。这种热应力可能导致半导体器件的性能下降、寿命减短，甚至损坏。

2、为了解决这个问题，研究人员广泛关注负热膨胀材料（nte），这类材料在一定温度范围内出现反常的热收缩，即在温度升高时，其体积反而缩小。负热膨胀材料在理论上被认为可以与常见的半导体材料相匹配，从而减少器件在温度变化时产生的热应力，提高器件的功能稳定性。然而，现有的负热膨胀材料很少具有光电性能。α-cu2v2o7是钒酸铜家族的一种，具有明显的负热膨胀性能，同时这种材料在光催化方面研究也较多，铁电性质都已经研究报道过。但是α-cu2v2o7的光电性能较弱，如何提高其光电性能，结合其负热膨胀提高其光电性能，目前还未有相关的报道。

3、因此，本申请提供一种方法，采用异价离子li+取代α-cu2v2o7中cu2+，类比在纯净的硅材料中掺入少量的三价元素(如硼、铝)，硅材料中会出现缺电子的具有正电荷的空穴。通过增加空穴来增强α-cu2v2o7的光电压性能以及调控它的膨胀系数。这种低热膨胀及增强光电性能的钒酸盐采用固相法制备，适合于工业生产，对解决精密光电器件的热应力问题具有重大意义。

技术实现思路

1、本发明的目的在于设计一种具有低热膨胀且增强光电、光催化性能的钒酸盐及其烧结合成方法和应用。

2、为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

3、一种具有低热膨胀且增强光电、光催化性能的钒酸盐的烧结合成方法，过程如下：

4、以lioh•h2o、cuo、v2o5为原料，按目标产物li xcu2- xv2o7-δ( x=0.01~0.09，δ= x/2) 中化学计量摩尔比称取原料，其中，v2o5的加入量过量用以补偿其烧结过程的挥发，将各原料研磨混合均匀后，烘干后直接或压片后600~650℃烧结5~7 h得目标产物。

5、进一步地，v2o5的摩尔加入量为理论加入量的1.01~1.1倍。

6、上述烧结合成方法得到的具有低热膨胀且增强光电、光催化性能的钒酸盐li xcu2- xv2o7-δ( x=0.01~0.09，δ= x/2)。

7、上述具有低热膨胀且增强光电、光催化性能的钒酸盐li xcu2- xv2o7-δ在光催化降解罗丹明b中的应用。

8、本发明的有益效果：

9、1. 本发明以lioh•h2o、cuo、v2o5为原料为原料，制备出低热膨胀及增强光电性能的钒酸盐，其目标产物li xcu2- xv2o7-δ中的li的含量为 x= 0.01, 0.03, 0.05, 0.07 和0.09。

10、2. 本发明采用固相法烧结，工艺简单，低成本，适合于工业化生产。

技术特征：

1.一种具有低热膨胀且增强光电、光催化性能的钒酸盐的烧结合成方法，其特征在于：过程如下：以lioh•h2o、cuo、v2o5为原料，按目标产物lixcu2-xv2o7-δ(x=0.01~0.09，δ=x/2) 中化学计量摩尔比称取原料，其中，v2o5的加入量过量，将各原料研磨混合均匀后，烘干后直接或压片后600~650℃烧结5~7 h得目标产物。

2.根据权利要求1所述具有低热膨胀且增强光电、光催化性能的钒酸盐的烧结合成方法，其特征在于：v2o5的摩尔加入量为理论加入量的1.01~1.1倍。

3.利用权利要求1或2所述的烧结合成方法得到的具有低热膨胀且增强光电、光催化性能的钒酸盐lixcu2-xv2o7-δ(x=0.01~0.09，δ=x/2)。

4.权利要求3所述具有低热膨胀且增强光电、光催化性能的钒酸盐lixcu2-xv2o7-δ在光催化降解罗丹明b中的应用。

技术总结
本发明公开一种具有低热膨胀且增强光电、光催化性能的钒酸盐及其烧结合成方法和应用，属于无机非金属材料技术领域，以LiOH•H2O、CuO、V2O5为原料，按目标产物LixCu2‑xV2O7‑δ中化学计量摩尔比称取原料，添加过量V补偿其烧结过程的挥发，将样品充分研磨混合均匀，然后将样品干燥，消除原料中带有的多余水份。然后将烘干的粉末压片或直接放入马弗炉中，在600~650℃烧结5~7 h得到目标产物。本发明采用异价离子Li+去部分替代Cu2V2O7中Cu2+离子，利用固相法制备出具有低热膨胀及增强光电性能的LixCu2‑xV2O7‑δ(x=0.01~0.09)，工艺简单，低成本，适合于工业化生产。

技术研发人员：刘献省,胡勇,张伟风,于萍,田建军,康朝阳,张凤
受保护的技术使用者：河南大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/4