具有多種氧化態(tài)和各種晶體結(jié)構(gòu)的釩氧化物具有獨(dú)特的電學(xué)、光學(xué)、光電和磁學(xué)性質(zhì)，從而可以應(yīng)用于多個(gè)領(lǐng)域。在過去的30年里，人們開展了釩氧化物的基礎(chǔ)研究并探索了釩氧化物材料在離子電池、水分解、智能窗戶、超級(jí)電容器、傳感器等方面的潛力。

近日，西北大學(xué)物理學(xué)院胡鵬教授與武漢理工大學(xué)麥立強(qiáng)教授、香港中文大學(xué)龍祎教授合作對(duì)釩氧化物的相圖、結(jié)構(gòu)、合成和應(yīng)用進(jìn)行了綜述，并展望了未來的發(fā)展方向。

該綜述全面綜述了各種釩氧化物的歷史、相圖、結(jié)構(gòu)、合成和應(yīng)用。該綜述論文首先介紹了金屬釩的發(fā)現(xiàn)歷史及其氧化物的多樣性，接下來從V?O系統(tǒng)的相圖出發(fā)，介紹了V-O系統(tǒng)中的熱力學(xué)穩(wěn)定相及亞穩(wěn)相，包括但不限于V2O3、V3O5、VO2、V3O7、V2O5、V2O2、V6O13和V4O9等。接下來詳細(xì)綜述了各種釩氧化物的晶體結(jié)構(gòu)、相轉(zhuǎn)換、合成方法及應(yīng)用，尤其是在離子電池、催化（析氫、析氧、水分解等）、光學(xué)調(diào)制（智能玻璃、光開關(guān)、等離子體共振）、超級(jí)電容器、電致變色等方面應(yīng)用的最新進(jìn)展。

論文最后提出了該領(lǐng)域未來的一些發(fā)展方向：

1. 探索釩氧化物被低估的領(lǐng)域，例如：由于一些釩氧化物的絕緣體到金屬的相變?cè)谄渑R界溫度以上提供了急劇增強(qiáng)的光學(xué)吸收，因此利用其熱相變特性進(jìn)行生物熱成像，智能醫(yī)療等。

2. 開發(fā)高水平的理論計(jì)算，使研究人員能夠在多個(gè)尺度上理解復(fù)雜和相互作用現(xiàn)象的起源，加速我們對(duì)高性能器件基本原理的理解，指導(dǎo)釩氧化物及其復(fù)合材料的合理設(shè)計(jì)，并更好地理解高性能器件的基本原理。此外，機(jī)器學(xué)習(xí)是設(shè)計(jì)和探索具有所需財(cái)產(chǎn)的新型釩氧化物的有用工具，可以幫助理解釩氧化物的結(jié)構(gòu)和性能之間的復(fù)雜相關(guān)性。

3. 可應(yīng)用于新型電子器件的超薄或二維釩氧化物的制備。由于單層的原子尺度厚度，2D材料具有可調(diào)的電學(xué)性質(zhì)和帶隙。因此，2D釩氧化物可能在低功率電子、柔性電子、光電子、催化、電池等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。此外，2D釩氧化合物還可能與其他超薄2D納米材料形成新型2D異質(zhì)結(jié)構(gòu)，從而引發(fā)一些新型器件及應(yīng)用。

4. 探索穩(wěn)定釩氧化物相關(guān)器件的新方法，特別是熱、光、濕度和氧氣環(huán)境穩(wěn)定性。長期設(shè)備穩(wěn)定性是所有設(shè)備面臨的最重要挑戰(zhàn)之一。大多數(shù)釩氧化物對(duì)氧氣和水分敏感，這可能導(dǎo)致器件性能下降。此外，器件的大多數(shù)穩(wěn)定性測(cè)量是在環(huán)境條件下進(jìn)行的，這限制了它們?cè)诟邷?、高濕度和高光?qiáng)等條件下的應(yīng)用。同時(shí)，了解基于釩氧化物的不同類型器件的降解機(jī)制也很重要，這可能是提高器件穩(wěn)定性的關(guān)鍵。

5. 探索新的綠色化學(xué)合成方法，消除釩氧化物的毒性。釩氧化物會(huì)引起各種毒性作用，如生化變化、神經(jīng)行為損傷以及肝臟和骨骼的功能損傷。特別是，呼吸空氣中的釩氧化物會(huì)導(dǎo)致肺部問題和白細(xì)胞DNA損傷。毒性更多地與相結(jié)構(gòu)、化學(xué)計(jì)量比、濃度、粒度和結(jié)晶度有關(guān)，在釩氧化物的所有應(yīng)用過程中都可以考慮這些因素。因此，探索新的綠色合成方法，避免釩氧化物生產(chǎn)、使用和處置過程中對(duì)人類和環(huán)境的風(fēng)險(xiǎn)，值得進(jìn)行更系統(tǒng)、更全面的研究。

6. 實(shí)現(xiàn)雙功能、三功能甚至多功能釩氧化物的集成有望大大降低成本和不同材料的不兼容性。

該綜述有助于相關(guān)領(lǐng)域研究者了解釩氧化物的研究現(xiàn)狀，有望為相關(guān)領(lǐng)域的學(xué)者提供參考，并將吸引材料科學(xué)、器件物理學(xué)、土木工程、機(jī)械設(shè)計(jì)和生物科學(xué)等多學(xué)科領(lǐng)域的許多科學(xué)家對(duì)釩氧化物的興趣，并將其與各自領(lǐng)域融合，有助于解決全球能源及環(huán)境危機(jī)中的關(guān)鍵挑戰(zhàn)。

歡迎關(guān)注公眾號(hào)【天璣算】和【科研留聲機(jī)】，及時(shí)獲取動(dòng)態(tài)