[發明專利]一種二元過渡金屬氮化物的制備方法

在審

• 申請號: 201610239283.4
• 申請日: 2016-04-18
• 公開（公告）號: CN107304043A
• 公開（公告）日: 2017-10-31
• 發明（設計）人: 黃富強;黃榮鐵
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海硅酸鹽研究所
• 主分類號: C01B21/06
• 分類號: C01B21/06
• 代理公司: 上海瀚橋專利代理事務所(普通合伙)31261
• 代理人: 曹芳玲,鄭優麗

技術領域

本方法屬于合成制備領域，目的在于采用更簡易方法制備二元過渡金屬氮化物，為采用二元過渡金屬氮化物作為原料的進一步實驗研究(如超導電性和催化性能)，提供了簡便和快捷的制備。

背景技術

二元過渡金屬氮化物一直以來都受到研究人員的大量關注。因為這些氮化物一般都具有一些有趣的特性或者較大的潛在研究價值，特別是在催化反應和超導研究方面。

目前氮化物的合成常用的方法是讓過渡金屬單質或者其前軀體保持在高溫下通氨氣氮化實現。此方法需要一直保持在高溫狀態通著氨氣長達幾十個小時，氨氣的消耗量也很大，而更需要注意的是，如果氨氣發生泄漏還會有爆炸的危險。

在常規氮化反應中，氨氣作為氮化源。

發明內容

針對上述問題，本發明目的在于提供一種更簡易更快捷地制備二元過渡金屬氮化物的方法。

為了解決上述問題，本發明提供了一種二元過渡金屬氮化物的制備方法，以過渡金屬單質為金屬原料，以NH₄Cl或NH₄F作為氮化原料，于真空的密閉容器中進行氮化反應，制備二元過渡金屬氮化物，所述過渡金屬元素單質為V、Nb、Ta、Cr、Mo和W中的一種。

NH₄Cl在溫度350℃左右可以完全分解為氨氣NH₃和HCl，NH₄F在接近200℃左右也完全分解出NH₃，因此NH₄Cl或NH₄F可以在高溫時作為氮化源對過渡金屬單質或者其前軀體進行氮化，制備過渡金屬氮化物。本發明以NH₄Cl或NH₄F作為氮化原料代替氨氣且本發明反應環境為真空的密閉環境，這樣避免了大量氨氣的浪費，而更需要注意的是還避免了使用氨氣時發生泄漏或倒吸等帶來爆炸的危險。

較佳地，所述真空為＜10Pa。

較佳地，所述氮化反應為于真空的密閉容器中在700～1000℃下煅燒5～20小時。又，所述密閉容器優選為石英玻璃管。

較佳地，所述密閉容器中NH₄Cl的用量不超過1.6g/L或NH₄F的用量不超過1.0g/L。又，所述氮化原料與金屬原料的摩爾比為目標產物中氮元素與金屬元素原子摩爾比的1.05-1.30。

本發明還提供了一種二元過渡金屬氮化物。

在本發明中，產物的產量能通過使用更大容量的石英管得到提高；氮化原料的使用量僅僅是金屬原料的物質的量的105～130％，遠遠少于其他常規氮化方法中NH₃的消耗，并且反應設備僅僅是一根尺寸不大的石英玻璃管，因此成本相比來說也要低很多；按照常規方法氮化時需要一直保持給反應設備提供NH₃流通長達幾十個小時左右，而NH₃泄露或意外用盡時會有爆炸的危險，所以本發明耗時更短、更安全。

附圖說明

圖1為本發明實施例1所得樣品的XRD衍射譜圖；

圖2為本發明實施例1所得樣品的SEM微觀形貌圖；

圖3為本發明實施例3所得樣品的XRD衍射譜圖；

圖4為本發明實施例3所得樣品的SEM微觀形貌圖；

圖5為本發明實施例5所得樣品的XRD衍射譜圖；

圖6為本發明實施例5所得樣品的SEM微觀形貌圖；

圖7為本發明實施例6所得樣品的XRD衍射譜圖；

圖8為本發明實施例6所得樣品的SEM微觀形貌圖。

具體實施方式

以下結合實施方式進一步說明本發明，應理解，下述實施方式僅用于說明本發明，而非限制本發明。

本發明以元素周期表第五副族(V、Nb和Ta)和第六副族(Cr、Mo和W)的元素單質為原料(過渡金屬單質形貌可為但不限于塊體或粉末，優選為粉末，可增大反應速率)，以NH₄Cl或NH₄F作為氮化原料，于真空密閉容器中進行氮化反應，制備二元過渡金屬氮化物。本發明制備的二元過渡金屬氮化物可為但不僅限于VN、NbN、TaN、CrN、MoN、Mo₂N和WN等。

以下示例性的說明本發明提供的二元過渡金屬氮化物的制備方法。