5.5.2 同族过渡金属氧化物M2O5

1. M2O5的研究概况

M2O5 (M=V、Nb、Ta) 是一种过渡金属氧化物，具有独特的结构以及在电学、光学和物理化学等方面许多优异的性能，应用前景十分广阔，因此研究人员对它们抱有浓厚兴趣。M2O5 有多种异构体，目前国内外学者对其在实验室的制备和结构特点进行了大量的研究。Filonenko 等对M2O5 在高温高压下的相变及其热稳定性进行了研究，他们在P=8 .0GPa 时得到了M2O5 的新异构体z-Nb2O5 、Z-Ta2O5 和B-V2O5。但是在常压条件下，它们的热稳定性都不高，易向更稳定的结构（B-Nb205 、B-Ta205 、α-V205 ) 发生相变。

Kusaba 等人以正交结构的α-V205 为原始材料，在高温高压条件下对其性能进行研究，并发现了HPP1和HPP2 两个新的异构体。Balog 等人在HPHT（29GPa, 15000C) 下对V205 再次进行了研究，并在前人工作的基础上确认， Kusaba 等人得到的异构相HPPl 和HPP2 就是β-V2O5 和B-V2O5 。

Ta2O5薄膜具有比SiO2 更高的介电常数，使它可望成为新一代微电子器件的介电材料。它还具有高熔点、高透光性、高折射率等，因此被广泛地应用于各种光学器件。国内外学者对Ta2O5在实验室的制备进行了大量的报告，并对其性能进行研究，如在可见光波长范国内，具有较低的光学吸收和较高的折射率:在波长550nm 处，折射率约为2.2 ，并且具有很宽的光谱透过范围(0.3-10μm) 。此外，通过少量掺杂可以显著提高Ta2O5 的介电常数，如Ta20S 陶瓷掺入8%的TiO2 使其介电常数从20提高到120，0.9Ta2O5-0.1AI2O3 薄膜层能使介电常数提高到42.8。郭等人对球形Ta2O5的制备和光催化性能进行了报告，证实了空心结构能够对Ta2O5的光催化活性有显著的提高，且在紫外光的照射后，其对亚甲基蓝的降解效率有明显的提高 。

V2O5薄膜有较大的离子注入/注出量，有较大的理离子储存密度，且在聚合物电解质中性能稳定，在电极层有很好的应用前景。近年来，V2O5以其高能量，低成本和易制备等优点，成为最具有发展前途的微型Li 离子电池的正极材料，受到人们的极大重视。而作为一种重要的电致变色材料，V2O5薄膜具有双着色即阴、阳两种电致变色现象。与光致变色和热致变色等被动式变色不同，V2O5薄膜可由探测系统或人为控制，属于主动式变色，在许多领域有着广阔的应用。同时V2O5在工业上是一种很好的催化剂，如在碳氢化合物或者二氧化硫等的氧化反应中得到了广泛的应用。此外，V2O5还被用来制作压电开关和各种光电开关等。

Nb2O5作为一种氧化物介质材料，透明区域为0.3 8~8μm，折射率为2.3~2.4 (波长550nm 处)，具有折射率高、高硬度、高稳定性的特点，常用于高折射率光学薄膜材料。Nb2O5稳定性好、可靠性高、介电常数高，可以作为陶瓷电容器。此外作为一种催化材料，锯氧化物对气相与水体环境中的有机物具有良好的亲和性，可以保证光催化剂在复杂的催化条件下对有机物的吸附能力，促进有机物的深度降解。