[發(fā)明專利]一種金屬硫化物單晶材料及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010130742.8
• 申請(qǐng)日: 2010-03-24
• 公開（公告）號(hào): CN101792931A
• 公開（公告）日: 2010-08-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊化濱;齊潔
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南開大學(xué)
• 主分類號(hào): C30B29/46
• 分類號(hào): C30B29/46;C30B1/10
• 代理公司: 天津佳盟知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 12002
• 代理人: 侯力

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及金屬硫化物材料及其制備方法，特別是一種金屬硫化物單晶材料及其制備 技術(shù)。

背景技術(shù)

金屬硫化物材料由于其優(yōu)良的性能，已廣泛用作高溫潤(rùn)滑劑、加氫催化劑、高能電 源、儲(chǔ)氫材料、半導(dǎo)體材料甚至超導(dǎo)體材料等領(lǐng)域，因而備受研究者的關(guān)注。傳統(tǒng)硫化物 的制備方法主要有固相法和液相法。固相法即高溫?zé)Y(jié)法，液相法主要有均相沉積法和水 熱合成法。傳統(tǒng)的高溫固相法通常需要較長(zhǎng)的時(shí)間使反應(yīng)完全，且產(chǎn)物顆粒粗大。液相法 通常需要相對(duì)低的溫度及較短的反應(yīng)時(shí)間，反應(yīng)產(chǎn)物顆粒小，但是在實(shí)際生產(chǎn)中需要考慮 廢水處理的問題且易產(chǎn)生雜質(zhì)。

近年來(lái)，關(guān)于金屬硫化物的制備方法仍有很多。Chen等(Chemistry?of?Materials，2003. 15(4)：p.1012-1019)將非晶或納米晶(NH₄)₂WS₄在噻吩的催化作用下熱分解制WS2納米 管，但此法需先制備復(fù)雜前驅(qū)體(NH₄)₂WS₄。Cheon等(Chemistry?of?Materials，1997.9(8)： p.1847-1853)以Mo(S-t-Bu)₄及Ti(S-t-Bu)₄為前驅(qū)體采用化學(xué)氣相沉積法制備了MoS₂及 TiS₂，該法也要涉及難以制備的前驅(qū)體，且易產(chǎn)生碳氧等雜質(zhì)。Tomonari等(Journal?of?the Electrochemical?Society，2008.155(9)：p.A679-A684)采用濺射法制備了NiS₂，此法與 傳統(tǒng)的燒結(jié)方法相比，雖然減少了反應(yīng)時(shí)間，但需要采用較為昂貴的設(shè)備，不易大批量制 備。Kim等(Materials?Research?Bulletin，2009.44(7)：p.1553-1558)采用微波輻射法合 成了FeS₂，此法是在傳統(tǒng)沉積法基礎(chǔ)上，使反應(yīng)物于微波爐中反應(yīng)制得所需物質(zhì)，但前處 理步驟需使用大量的惰氣處理溶劑去離子水，且會(huì)同時(shí)產(chǎn)生FeS雜質(zhì)，要在后處理步驟加 入FeS除雜，制備過程復(fù)雜。

在CN1613750A的專利中曾公開了一種制備方法。該方法首先將硫與金屬或金屬的低 硫化物置于有機(jī)溶劑中，在100～500℃，1～800個(gè)大氣壓下反應(yīng)6～120小時(shí)，進(jìn)而制得金屬硫 化物。此法雖可以得到目標(biāo)產(chǎn)物，但采用高壓和有機(jī)溶劑，既提高了危險(xiǎn)性又增加了操作 難度。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對(duì)上述存在問題，提供一種金屬硫化物單晶材料及其制備方法，該 制備方法設(shè)備簡(jiǎn)單、工藝合理、操作簡(jiǎn)便、易于實(shí)現(xiàn)，適合規(guī)?；a(chǎn)。

本發(fā)明的技術(shù)方案：

一種金屬硫化物單晶材料，由金屬元素M和硫元素S組成，其化學(xué)表達(dá)通式為MSx，其 中1≤x≤3。

所述金屬M(fèi)是主族元素和過渡元素中的一種，主族元素是In、Sn或Sb；過渡元素是 Ti、V、Mo、Mn、Co、Cu或Zn。

一種所述金屬硫化物單晶材料的制備方法，包括如下步驟：

1)將硫粉與金屬粉末按照摩爾比4～8∶1混合后置于球磨罐中，在200～500rpm轉(zhuǎn)速 及球料比為10～100∶1的條件下，于氬氣氣氛中球磨4～10h；

2)在氬氣氛或氬氣與空氣混合氣氛下，于105～200℃下恒溫12～48小時(shí)，再于200～800 ℃下恒溫2～15小時(shí)，其中當(dāng)采用氬氣與空氣混合氣氛時(shí)，空氣的體積含量小于混合氣總 體積的10％；

3)重復(fù)1)、2)步驟2～6次，冷卻后即可制得所述金屬硫化物單晶材料。

所述球磨機(jī)的技術(shù)參數(shù)為：1)球磨罐的材質(zhì)為聚胺酯、陶瓷或剛玉；2)球的材質(zhì)為 聚胺酯、陶瓷或剛玉，球的直徑為10mm和20mm，數(shù)量比為1∶1；3)轉(zhuǎn)速為0～700轉(zhuǎn) /分鐘。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：制備方法簡(jiǎn)便、生產(chǎn)成本低、環(huán)境相對(duì)友好、易于規(guī)?；a(chǎn)；球 磨可減小反應(yīng)物的粒度，使兩種粉末在很大程度上混合，提高反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，有利于目標(biāo)產(chǎn) 物的生成，同時(shí)可控制生成物的粒度；在相對(duì)較低的溫度下長(zhǎng)時(shí)間焙燒，可使硫粉與金屬 粉進(jìn)一步混合均勻，而多次焙燒可使未反應(yīng)充分的產(chǎn)物進(jìn)一步與硫反應(yīng)生成高硫化物。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1：鈷硫化物CoS₂的制備