[發明專利]一種純相的金屬硅化物的制備方法

有效

• 申請號: 201910443468.0
• 申請日: 2019-05-27
• 公開（公告）號: CN110156025B
• 公開（公告）日: 2021-07-20
• 發明（設計）人: 鄒曉新;陳輝;劉旺
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: C01B33/06
• 分類號: C01B33/06
• 代理公司: 長春吉大專利代理有限責任公司 22201
• 代理人: 劉世純;王恩遠

一種純相的金屬硅化物的制備方法，屬于無機化學領域。本發明利用金屬氯化物、硅粉、鎂粉為原料的鎂熱還原反應，通過靈活地選擇金屬元素種類和改變煅燒溫度，合成不同相的金屬硅化物，包括TiS_i2、ZrSi₂、VSi₂、NbSi₂、TaSi₂、CrSi₂、MoSi₂、WSi₂、FeSi₂、CoSi₂、NiSi₂、PtSi、IrSi、RuSi和Pd₂Si等。該方法和傳統的單質反應途徑相比，顯著降低了反應焓，合成條件比較溫和。該方法的副反應產物MgCl₂容易清洗，方便得到純相；合成周期短，重復性好，易于大規模生產。

技術領域

本發明屬于無機化學領域，具體涉及一種純相的金屬硅化物的簡單、普適的制備方法。

背景技術

硅化物是指金屬和硅形成的金屬間化合物，具有有序的晶體結構和確定的化學計量配比，是一個龐大的化合物家族。它們通常具有優異的化學穩定性和高溫熱穩定性、耐腐蝕性、良好的導電性，在電熱元件、高溫抗氧化層、集成電路、電極抗腐蝕層等方面已經受到廣泛研究。近些年，金屬硅化物在催化、能源存儲等領域展示了重要性能，呈現出十分廣闊的應用前景。例如，TiSi₂作為水裂解制氫光催化劑(Angew.Chem.Int.Ed.，2007年46卷7770頁)和鋰空電池電極材料(J.Am.Chem.Soc.，2014年136卷8903頁)；Ni₃₁Si₁₂/Ni₂Si用作加氫反應催化劑(Sci.Adv.，2018年4卷eaat0761頁)；NiSi催化劑增強硅光陰極產氫性能(ACSEnergy Lett.，2018年3卷1086頁)。

但是，和其他金屬化合物(碳化物、硫化物、磷化物等)相比，金屬硅化物作為無機功能材料受到相對較少的關注。其中一個重要原因是硅化物在合成上面臨挑戰。已報道的硅化物樣品往往需要極端的高溫或高壓條件下才能合成得到。盡管有一些方法能夠在相對溫和的條件下制備硅化物，但僅適用于個別的金屬元素和晶相結構。而且，由于很多硅化物的不同晶相之間只存在微小的化學計量差別，合成純相的目標硅化物產物尤為困難。因此，開發普適的制備技術，系統地合成純相金屬硅化物，對于探索硅化物新的特性和用途具有重要意義。

發明內容

本發明的目的是提供一種純相的金屬硅化物的簡單、普適的制備方法。本發明利用金屬氯化物、硅粉、鎂粉為原料的鎂熱還原反應，煅燒后得到一系列純相的金屬硅化物，包括TiSi₂、ZrSi₂、VSi₂、NbSi₂、TaSi₂、CrSi₂、MoSi₂、WSi₂、FeSi₂、CoSi₂、NiSi₂、PtSi、IrSi、RuSi和Pd₂Si等。

本發明所述的一種純相的金屬硅化物的制備方法，其步驟如下：

(1)將摩爾量n_a的無水金屬氯化物鹽，摩爾量n_b的硅粉和摩爾量n_c的鎂粉研磨混合后，轉移到石英管中；

(2)將步驟(1)中裝有混合物的石英管在真空度小于1Pa的條件下密封后，在一定溫度下煅燒，然后冷卻至室溫；

(3)將步驟(2)中煅燒得到的粉末樣品在一定濃度的酸性(或堿性)溶液中浸泡，除去副產物MgCl₂和過量的鎂粉或硅粉；再使用水和乙醇離心清洗3～5次，最后置于真空條件下烘干，即得到本發明所述純相的金屬硅化物。