[發明專利]一種基于硼的強親氧性純相Dy2S3的合成方法

有效

• 申請號: 201610030238.8
• 申請日: 2016-01-18
• 公開（公告）號: CN105502471B
• 公開（公告）日: 2017-07-14
• 發明（設計）人: 王景雪;王曉飛
• 申請（專利權）人: 河南科技大學
• 主分類號: C01F17/00
• 分類號: C01F17/00
• 代理公司: 洛陽公信知識產權事務所(普通合伙)41120
• 代理人: 羅民健

技術領域

本發明屬于稀土金屬硫化物合成領域，具體涉及一種基于硼的強親氧性純相Dy₂S₃的合成方法。

背景技術

因稀土元素Dy具有特殊的4f電子結構，而賦予其硫化物Dy₂S₃許多特殊的性質，如低溫超導性、非線性光學性質、熱電性質等。其應用也非常廣泛，可用做導電材料，光學材料，磁性材料，熱電材料等。再者，正交稀土錳氧化物，比如DyMnO₃，是一種眾所周知的單相多鐵性材料，而且鐵電極化在多鐵正交稀土錳氧化物中是最大的。O與S是同一主族元素，而且S^2-與O^2-相比，有較大的離域半徑，因此推斷如果正交DyMnS₃存在，我們期待它有很大的鐵電極化和更高的多鐵相變溫度，這無疑是一件激動人心的事情。如果按照固相法合成正交DyMnS₃，就首先需要有高純Dy₂S₃。但是稀土元素，比如Dy有很大的氧親和力，純相的Dy₂S₃合成一直比較困難。目前稀土硫化物的合成方法有：單質直接合成，硫化氫還原法，二硫化碳還原法，水熱法，溶劑熱法，輻射合成法，固相硼粉還原法等。

單質直接合成是以反應方程式2Dy+3S→Dy₂S₃的化學配比，以單質Dy和單質S為原料，在一定溫度的真空條件下反應制得Dy₂S₃。但因純的稀土金屬Dy單質不但價格昂貴，而且非常稀有難以得到，合成需要高溫高真空的環境，成本較高。在一定溫度下，將金屬氧化物或者金屬鹽在H₂S/惰性氣體攜帶CS₂蒸汽的氣氛下進行硫化可以得到相應的稀土硫化物。但硫化氫和二硫化碳是劇毒物質，對環境非常不友好。水熱法是在高溫、高壓反應環境中，采用水作為反應介質，使得通常難溶或不溶的物質溶解并進行重結晶。但稀土硫屬化合物易于水解，限制了該方法在合成硫屬化合物應用。溶劑熱法是用有機溶劑代替水作介質，釆用類似水熱合成的原理來制備化合物。溶劑熱法涉及到有機溶劑的使用，對安全性和制備條件的控制都比較嚴格，操作起來不方便。采用射線、微波、激光等輻射較大濃度的稀土金屬鹽溶液，制備稀土硫屬化合物的方法叫做輻射合成法。該方法涉及到射線、微波、激光等的使用，成本較高，設備復雜。

Inorg. Chem. 2009, 48, 7059–7065報道了用硼粉固相還原法合成多元稀土硫化物ZnY₆Si₂S₁₄、Al_xDy₃(Si_yAl_1-y)S₇和Al_0.33Sm₃SiS₇三種非線性光學半導體材料。可以注意到這三種材料都含有Si元素，他們實驗原料中也確實存在單質Si，結合我們失敗的純相Dy₂S₃合成實驗經歷，作者在原料中加入Si元素的目的應該是不讓原料與合成容器——石英管中的Si元素反應（防止石英管在煅燒過程中爆裂）。同時也說明了用該方法制備稀土硫化物很容易將石英管中的Si元素引入而得不到純相的稀土硫化物。再者，稀土金屬特別容易與氧結合形成含氧化合物。這樣，體系中含氧物質的存在如空氣、少量水、少量金屬被氧化、含氧反應容器如石英管和玻璃管、含氧化合物雜質等，都將嚴重影響純相稀土硫屬化合物的合成。為了避免這些影響，純相稀土硫屬化合物的合成就需要高真空反應條件、非含氧反應容器、含氧化合物雜質的預處理、為避免金屬單質的氧化而用無水無氧操作技術等，給實驗操作帶來很大的困難。因此，尋找一種簡單、有效的合成純相稀土硫屬化合物，比如純相Dy₂S₃的合成方法具有重要的意義。

發明內容

為解決上述技術問題，本發明提供一種基于硼的強親氧性純相Dy₂S₃的合成方法。

本發明所采用的技術方案是：一種基于硼的強親氧性純相Dy₂S₃的合成方法，以氧化鏑、硫單質和硼單質為原料，封裝于內壁鍍有碳膜的真空石英管中，并在溫度為650-950℃的條件下反應得到Dy₂S₃。