[發明專利]一種過渡金屬硫化物的合成方法

無效

• 申請號: 201310036609.X
• 申請日: 2013-01-30
• 公開（公告）號: CN103073073A
• 公開（公告）日: 2013-05-01
• 發明（設計）人: 王曉峰;紀瑩;李本仙;劉曉旸
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: C01G51/00
• 分類號: C01G51/00;C01G53/11;C01G11/02
• 代理公司: 長春吉大專利代理有限責任公司 22201
• 代理人: 王恩遠

技術領域

本發明屬于無機合成方法的技術領域，具體的說，是一種關于以過渡金屬鈷、鎳或鎘的硝酸鹽和硫脲為原料，直接制備過渡金屬硫化物的方法。

背景技術

過渡金屬硫化物的特殊結構和組成使其具有獨特的光學、電學、磁學、摩擦和催化性能，廣泛應用于太陽能轉化器，固態鋰離子電池電極材料，磁性材料，電容材料，催化劑和固體潤滑劑。納米硫化鈷粉末由于其尺寸效應，使能隙變寬、吸收和發射光譜向短波方向移動，這對光學、電學及非線性光學性能都具有重要影響。

目前過渡金屬硫化物納米材料的合成方法有很多，傳統合成方法多涉及高能和惰性氣體保護下的反應，例如高溫固相合成、水熱、溶劑熱和有機物熱分解等等。助熔劑法還無法合成過渡金屬硫化物。現有的合成方法多數加入有機添加劑，或者對反應容器的要求較高、反應步驟復雜，而且不可避免排放廢物污染環境，反應成本較高，難以進行大批量工業化生產。

發明內容

本發明要解決的技術問題是克服現有技術排放廢物污染環境，反應成本較高，難以進行大批量工業化生產等問題，提供一種過渡金屬硫化物的合成方法。達到簡化反應步驟，反應過程無污染，成本低，可用于工業化生產的目的。

本發明的技術方案是：一種助熔劑一步制備過渡金屬硫化物的新方法，其步驟為：將過渡金屬鈷、鎳或鎘硝酸鹽與過量的硫脲混合，在180℃~240℃溫度（低于180℃得到晶化度不足的產物）條件下反應4～24小時，冷卻至室溫，洗滌，過濾，得到過渡金屬鈷、鎳和鎘的硫化物。具體的技術方案如下所述。

一種過渡金屬硫化物的合成方法，將摩爾比1∶5~10的過渡金屬硝酸鹽和硫脲混合，在180~240℃溫度條件下反應4～24小時，冷卻至室溫、洗滌、過濾，得到過渡金屬硫化物。

所述的過渡金屬硝酸鹽是鈷、鎳或鎘的硝酸鹽（即，硝酸鈷、硝酸鎳或硝酸鎘）。相對應的產物是鈷、鎳或鎘的硫化物。

所述的洗滌，是用去離子水洗滌2~3次。

本發明的反應體系中，硫脲即作為反應物同時也作為助熔劑存在，理論上過渡金屬硝酸鹽與硫脲的摩爾比為1∶5，硫脲摩爾用量低于過渡金屬硝酸鹽的5倍時，得到晶化度不足的產物，但是考慮到反應的進行和工藝的效率，硫脲的用量按摩爾計應當為過渡金屬硝酸鹽的5～10倍。

反應條件最低在180℃下反應4小時，反應溫度高于180℃、反應時間大于4小時，反應將更加充分。但是，過高的反應溫度或太長的反應時間，將浪費能源、提高成本、降低生產效率。由此，優選的反應條件，是180~200℃條件下反應4小時。

本發明所得到的產品進過粉末X射線衍射儀、掃描電子顯微鏡和投射電子顯微鏡測試，結果表明：所制得的產物為純相，尺寸為納米級的過渡金屬硫化物。

本發明的優點為：反應體系中，硫脲即作為反應物同時也作為助熔劑存在，克服了傳統助熔劑法加入其它物質作為助熔劑，引入雜質離子對合成晶體造成污染；同時克服了傳統助熔劑法無法合成過渡金屬硫化物的限制，通過硫脲即作為反應物同時也作為助熔劑，降低了熔融鹽體系的溫度，可以在低溫熔融鹽狀態下合成出過渡金屬硫化物。本發明所采用的原料廉價易得、合成工藝簡單、反應周期短、溫度低、能耗小、對環境友善、對設備要求低，適合大規模工業生產。

附圖說明

圖1為實施例1、2、3在180℃條件下不同反應時間制備的二硫化鈷的X射線衍射圖。其中，（a）反應4h，（b）反應12h，（c）反應24h。

圖2為實施例1在180℃條件下反應4h制備的二硫化鈷的掃描電鏡圖。

圖3為比較例1、實施例4在不同溫度條件下反應4h制備的二硫化鈷的X射線衍射圖。其中，（a）150℃，（b）200℃。

圖4為實施例5原料摩爾比1∶10，在180℃條件下反應4h制備的二硫化鈷的X射線衍射圖。

圖5為比較例2原料摩爾比1∶3，在180℃條件下反應4h制備的二硫化鈷的X射線衍射圖。

圖6為實施例6在180℃反應4h制備的二硫化鎳的X射線衍射圖。

圖7為實施例6在180℃反應4h制備的二硫化鎳的掃描電鏡圖。

圖8為實施例7在180℃反應4h制備的硫化鎘的X射線衍射圖。

圖9為實施例7在180℃反應4h制備的硫化鎘的掃描電鏡圖。

具體實施方式

通過下列實例對本發明進行進一步闡述。

實施例1：