二氧化钒(Vanadium(IV) oxide)是一种氧化物,分子式为VO2,分子量为82.94。为深蓝色晶体粉末,
单斜晶系结构。不溶于
水,易溶于酸和
碱中。溶于酸时不能生成四价离子,而生成正二价的钒氧离子。在干的氢气流中
加热至
赤热时被还原成
三氧化二钒,也可被空气或
硝酸氧化生成
五氧化二钒,溶于碱中生成亚钒酸盐。可由碳、
一氧化碳或
草酸还原五氧化二钒制得。用作
玻璃、陶瓷
着色剂。
氧化钒材料在相对低的温度下作为
绝缘体时,呈现出多相竞争的现象。然而,自20世纪60年代人们开始研究二氧化钒以来,这奇异的相行为一直不为人们所掌握。美国科学家2010年11月23日表示,通过对二氧化钒相变(从金属到绝缘体)进行系统的研究,他们揭开了困扰学术界数十年的谜团。
美国田纳西大学研究助理亚历山大·特瑟勒夫与法国科学家合作,在
美国橡树岭国家实验室纳米相
材料科学中心,借助凝聚物理学理论成功地解释了二氧化钒的相行为。特瑟勒夫表示,他们发现二氧化钒发生的多相竞争现象纯粹是由
晶格对称所引起的,并认为在冷却时二氧化钒晶格能够以不同的方式发生“折叠”,因此人们所观察到的现象是二氧化钒不同的折叠形态。
由
五氧化二钒和
三氧化二钒的固相反应合成。将化学计量的反应混合物装入
石英管,抽真空密封,加热40~60h。最初在600℃下加热,接着加热到750~800℃,直至反应完。
(1)应用CO2和H2混合缓冲气体:将CO2和H2在常温下的分压比(PCO2/PH2)从1000∶1调整到3000∶1,在1000~1400℃温度下的氧气分压调节为10-5~10-3atm。在这种气氛中,以五氧化二钒或三氧化二钒为起始原料,保持约20h以上,可以得到二氧化钒。
(2)应用干燥SO2气体:在以
五氧化二磷干燥的SO2气流中,于500~650℃,20~40h内,使五氧化二钒还原,或使三氧化二钒氧化,均可得到二氧化钒。
二氧化钒在材料世界以其迅速和突然的
相变而显得与众不同,其
相变温度为68℃。二氧化钒所具有的
导电特性让其在光器件、电子装置和光电设备中具有广泛的应用潜力。