过渡金属氧化物系红外辐射材料的制备

中科院科技成果——太阳能吸光颜料和光热转换涂层制备项目简介
太阳能选择性吸附涂层是太阳能热利用中的关键技术，对提高集热器效率至关重要。

尖晶石型过渡金属氧化物（尖晶石型颜料）是一类重要的太阳能选择性吸热材料，具有适当的能隙Eg、能吸收能量较高的可见光和近红外范围的辐射，同时能透过能量较低的红外辐射。

中国科学院兰州化学物理研究所环境材料与生态化学研发中心研究人员通过溶胶-凝胶自蔓延燃烧法制得尖晶石型过渡金属氧化物，将燃烧后的粉末在一定温度下煅烧得到黑色尖晶石型颜料，以此颜料为吸光剂采用简单涂覆法制备了具有较高选择性吸热能力的太阳能选择性吸热涂层。

该项技术于近日获得国家发明专利授权（以尖晶石型颜料为吸光剂制备太阳能选择性吸热涂料的方法，专利号：ZL201110260189.4）。

实验表明，该涂层具有较高的太阳能吸收率（0.95左右）和较低的发射率（0.10左右），可有效提高太阳能集热器的光热转换效率，而且该涂层具有良好的机械性能和较强的耐候性，使用寿命在25年以上。

过渡金属（氧化物）/石墨烯传感材料的制备及应用研究金属-氧化物纳米材料具有高电化学活性、低氧化还原电位和良好的生物相容性,已广泛应用于传感、储能、催化和生物医学等领域。

然而,目前所制备的此类材料大多存在粒子尺寸大、分散性不佳和电子传导性差等缺点,致使材料固有的优异电化学性质还远远没有得到体现。

因此,开发具有尺寸结构可调、分散性好、导电性优异的电极材料,对促进电化学性能的整体提升具有重要意义。

针对传统电极材料粒径较大、比表面积小造成活性物质利用率低的问题,通过石墨烯量子点对过渡金属离子的“缓释作用”,建立以组氨酸功能化石墨烯量子点(His-GQD)调控纳米材料尺寸及结构的方法。

利用石墨烯量子点片边缘引入的咪唑功能基团与Cu2+生成稳定配合物,随后经缓慢氧化处理得到尺寸小且结晶度高的氧化铜-组氨酸功能化石墨烯量子点复合材料(CuO-His-GQD)。

石墨烯量子点与CuO的原位合成实现了p型半导体与n型半导体的巧妙结合,产生类似“p-n结”界面,使得CuO-His-GQD复合材料表现为更高的电催化活性。

以CuO-His-GQD为电极材料构筑对苯二酚传感器,采用差分脉冲伏安法(DPV)检测对苯二酚并在1.0×10-7～1.0×10-4 M浓度范围内表现出良好的线性关系,相应的回归方程为Ip=0.5753C+17.093,R2=0.999,检出限(S/N=3)为3.1×10-7 M。

在环境水样中测定时,CuO-His-GQD电极表现出优异的抗干扰和稳定性。

针对金属氧化物半导体电导率低的问题,建立以组氨酸功能化石墨烯量子点原位复合Ni2+的方法,构建具有三维网络多孔结构的纳米建筑。

在实现粒子尺寸调控的同时,将氧化后的Ni O-His-GQD复合物通过惰性气体高温热还原形成Ni-His-GQD。

一方面,Ni纳米粒子与His-GQD的亲密接触大大缩短了两种复合物之间的间隙,带来更快的电子迁移速度;另一方面,紧密接触形成的导体(Ni)/半导体(His-GQD)催化界面,能够产生类似Stokes二极管结构,加速了半导体内空穴载流子的迁移速率。

过渡金属氧化物纳米材料的制备与性能研究近年来，纳米材料领域的研究取得了显著的进展。

其中，过渡金属氧化物纳米材料备受关注。

过渡金属氧化物是指由过渡金属元素和氧原子形成的化合物。

通过将其制备成纳米尺度的粒子，有望发展出更为优异的性能和应用。

一、制备方法过渡金属氧化物纳米材料的制备方法多种多样，常见的有溶胶-凝胶法、热分解法和水热合成法等。

溶胶-凝胶法是一种常用且简单的制备方法。

它首先通过溶胶法将过渡金属离子和氧离子分散在溶剂中，形成胶体；然后通过凝胶法使溶胶凝固成固体材料。

这种方法制备的纳米材料具有高比表面积和优异的晶体结构，广泛应用于传感、催化和能量存储等领域。

二、性能研究1. 光电性能过渡金属氧化物纳米材料具有广泛的光学性能。

以二氧化钛为例，其纳米材料由于较大的比表面积，能够有效俘获光能量，并产生光催化反应。

通过调控其结构和组分，可以实现可见光催化活性。

这为太阳能光电转换、光催化水分解等提供了新的途径。

2. 磁学性能过渡金属氧化物纳米材料的磁学性能引人注目。

例如，氧化铁纳米材料由于其独特的晶体结构和超顺磁性质，被广泛应用于磁性材料和磁存储器件。

此外，还发现一些过渡金属氧化物纳米材料表现出自旋玻璃、铁电和铁磁共存等特性，这为进一步研究和应用提供了新的线索。

3. 储能性能过渡金属氧化物纳米材料在能量存储方面显示出巨大潜力。

以钴酸锂为例，其纳米材料由于短程离子扩散路径和高电容特性，能够实现高能量密度和高功率密度的储能。

这为电池、超级电容器等储能设备的研究和应用提供了有力支持。

三、应用前景过渡金属氧化物纳米材料的出色性能使其在多个领域具备广阔的应用前景。

首先，其在能源领域的应用前景十分广泛，如太阳能电池、电催化和电化学分析等。

其次，过渡金属氧化物纳米材料在环境治理领域也有很大潜力，例如光催化降解有机污染物。

此外，过渡金属氧化物纳米材料还可以应用于催化和生物医学领域。

总结：过渡金属氧化物纳米材料的制备与性能研究正成为纳米材料领域研究的热点。

正交相氧化钼傅里叶红外
正交相氧化钼 (MoO3) 是一种常见的过渡金属氧化物，具有多种应用，包括傅里叶红外光谱。

傅里叶红外(Fourier Transform Infrared，简称FTIR) 谱仪是一种用于分析材料的仪器，通过测量材料与红外辐射的相互作用来获得红外光谱。

而正交相氧化钼在FTIR 谱仪中常用于制备光学滤光器、分光镜等光学元件。

正交相氧化钼的特性使其适用于红外区域的光学应用。

它具有较高的吸收率和低的散射率，能够对特定波长的红外光进行选择性吸收或反射。

这使得它非常适合用于制备光学滤光器，可以实现对特定波长的红外光进行滤除或通过，并将不需要的光线从光谱中去除。

傅里叶变换红外光谱技术在材料科学、化学、生物医学等领域具有广泛的应用。

正交相氧化钼的光学特性和红外区域的工作范围使其成为一个重要的材料选择，用于制备用于FTIR 谱仪的光学元件。

需要注意的是，具体的应用和制备过程可能受到实验条件和要求的影响，如红外光的波长范围、厚度的要求等。

因此，在具体的研究和应用中，需要进一步根据具体要求来选择和优化正交相氧化钼的制备方法和光学特性。

红外吸收涂层的制备
红外吸收涂层是一种可以吸收红外辐射的涂层，具有广泛的应用前景。

其制备方法主要包括溶胶凝胶法、溶液法、物理气相沉积法等。

其中，溶胶凝胶法是一种常用的制备方法。

该方法是将金属碱土类、过渡金属离子等在水溶液中制备成溶胶，再将其涂布在基材上，在高温下进行热处理，形成吸收红外辐射的涂层。

溶液法是另一种常用的制备方法。

该方法是将有机金属化合物、有机物分子等在有机溶剂中制备成溶液，再将其涂布在基材上，在高温下进行热处理，形成吸收红外辐射的涂层。

物理气相沉积法是一种利用物理气相沉积技术制备的方法。

该方法是将金属、化合物等在真空或惰性气氛下加热，使其蒸发、扩散并沉积在基材表面，形成吸收红外辐射的涂层。

红外吸收涂层的制备方法虽然多种多样，但都需要选择合适的材料和工艺条件，并进行充分的实验验证，以获得具有高吸收性能和良好稳定性的涂层。

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