研究目的
通过将VO2纳米颗粒固定在中空二氧化硅纳米颗粒上以防止氧化和团聚，从而提高其在智能窗应用中的可见光透明度和热致变色性能。
研究成果
采用优化参数成功合成了VO?负载的中空二氧化硅纳米颗粒，与商用VO?相比展现出更优的可见光透明性和热致变色性能。中空内腔及二氧化硅壳层中的微孔结构有助于均匀沉积并防止氧化，使其在智能窗应用方面极具潜力。未来工作应聚焦于规模化制备及实际环境测试。
研究不足
该研究仅限于实验室规模的合成与表征，未涉及工业化应用的规模化问题。由于仪器限制，热致变色性能仅评估至1100纳米波长范围，且未测试实际环境条件下的长期稳定性。
1：实验设计与方法选择：
本研究基于Suzuki报道的方法进行改进，采用溶胶-凝胶反应法在中空二氧化硅纳米颗粒上合成VO2纳米颗粒。中空二氧化硅纳米颗粒通过以聚丙烯酸聚集体为模板的模板法制备。钒前驱体为异丙醇氧钒，将其与溶剂和乙酸回流形成螯合物后用水水解。结晶过程在氮气氛围下进行以防止氧化。
2：样品选择与数据来源：
按上述方法合成的中空二氧化硅纳米颗粒作为实验样品，致密二氧化硅纳米颗粒作为参照。商用VO2颗粒（购自Strem Chemicals公司）用于对比。
3：实验设备与材料清单：
中空二氧化硅纳米颗粒、异丙醇氧钒（关东化学）、异丙醇、2-甲氧基乙醇（富士胶片和光纯药）、乙酸（富士胶片和光纯药）、1-丁醇、蒸馏水、聚丙烯酸（PAA，分子量5000）、氯化钠、氨水、正硅酸乙酯（TEOS，富士胶片和光纯药）。设备包括氦气比重计（ULTRAPYCNOMETER，Quantachrome仪器公司）、氮气吸附分析仪（BEL-Sorp max，日本BEL公司）、扫描电子显微镜（JSM-7600F，日本电子株式会社）、透射电子显微镜（JEM-2000FX，日本电子株式会社）、X射线衍射仪（MiniFlex 600，理学株式会社）、紫外-可见分光光度计（UV1800，岛津公司）。
4：0）、氯化钠、氨水、正硅酸乙酯（TEOS，富士胶片和光纯药）。设备包括氦气比重计（ULTRAPYCNOMETER，Quantachrome仪器公司）、氮气吸附分析仪（BEL-Sorp max，日本BEL公司）、扫描电子显微镜（JSM-7600F，日本电子株式会社）、透射电子显微镜（JEM-2000FX，日本电子株式会社）、X射线衍射仪（MiniFlex 600，理学株式会社）、紫外-可见分光光度计（UV1800，岛津公司）。 实验步骤与操作流程：
4. 实验步骤与操作流程：中空二氧化硅纳米颗粒的制备过程为：将PAA溶解于NaCl和氨水的混合液中，加入乙醇，添加TEOS后搅拌，加水去除模板并干燥。VO2合成步骤：异丙醇氧钒与异丙醇和2-甲氧基乙醇在氮气?；は禄亓?，加入乙酸再次回流，随后与含水的中空二氧化硅/1-丁醇悬浮液混合，搅拌后离心、干燥，在空气中200°C加热，最后在氮气中600°C退火。表征手段包括SEM、TEM、XRD、UV-Vis及气体吸附分析。
5：数据分析方法：
XRD分析结晶度，SEM和TEM观察形貌与粒径，EDS进行元素分析，通过氮气吸附等温线结合BET方程计算比表面积与孔径，UV-Vis测定透过率与热致变色性能。
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JSM-7600F
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JEOL Ltd.
Scanning electron microscopy for structural confirmation of nanoparticles in transmittance mode.
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JEM-2000FX
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JEOL Ltd.
Transmission electron microscopy with energy dispersive spectroscopy for morphology and elemental analysis.
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MiniFlex 600
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X-ray diffraction for crystallinity characterization of VO2 and silica.
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UV1800
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Shimadzu Corporation
Ultraviolet-visible spectroscopy for investigating thermochromicity and transmittance properties.
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ULTRAPYCNOMETER
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Measuring true density of silica nanoparticles using helium gas.
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BEL-Sorp max
BEL Japan, Inc.
Analyzing nitrogen gas adsorption and desorption isotherms to calculate specific surface area and pore diameter.
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vanadium iso-propoxide
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Used as the vanadium precursor in the sol-gel reaction to form VO2 nanoparticles.
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2-methoxyethanol
FUJIFILM Wako Pure Chemical Corporation
Solvent used in the reflux process for vanadium precursor preparation.
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acetic acid
FUJIFILM Wako Pure Chemical Corporation
Added to form chelate compound with vanadium precursor to prevent undesirable hydrolysis.
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TEOS
FUJIFILM Wako Pure Chemical Corporation
Silica source for preparing hollow and dense silica nanoparticles.
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PAA
Molecular weight 5,000
FUJIFILM Wako Pure Chemical Corporation
Used as a template for preparing hollow silica nanoparticles.
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commercial VO2 particles
Strem Chemicals, Inc.
Used as a reference for comparing thermochromic properties and transparency.
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