[發明專利]一種納米紅磷空心球的可控制備方法

有效

• 申請號: 202110397176.5
• 申請日: 2021-04-13
• 公開（公告）號: CN112919438B
• 公開（公告）日: 2022-04-05
• 發明（設計）人: 潘也唐;袁永帥;楊榮杰
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: C01B25/023
• 分類號: C01B25/023;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 北京正陽理工知識產權代理事務所(普通合伙) 11639
• 代理人: 鄔曉楠

本發明涉及一種納米紅磷空心球的可控制備方法，屬于材料制備技術領域。本發明方法包括：制備裝有工業紅磷的真空密封石英管；制備納米紅磷空心球。其中，通過調節煅燒溫度，保溫時間和紅磷的添加量，控制納米紅磷空心球的粒徑，納米紅磷空心球的直徑范圍可調，范圍在幾十納米到幾百納米之間。本發明工藝簡單，合成方便；采用固相反應，反應過程不產生雜質；能耗低、可持續、時間短、成本低；產率高，易規模化，由于其空心的結構可以賦予紅磷更大的比表面積、提供豐富的孔道結構并降低紅磷粉體的密度，使納米紅磷空心球在多個領域展現出優異的效果，是用于紅磷基復合材料的納米紅磷空心球的通用合成方法。

技術領域

本發明涉及一種納米紅磷空心球的可控制備方法，屬于材料制備技術領域。具體為一種納米紅磷空心球制備方法。

背景技術

在先技術1通過NaN₃與PCl₅間的溶劑熱反應(10NaN₃+2PCl₅→2P+10NaCl+15N₂)生成的單質紅磷，通過柯肯達爾效應制備了顆粒均勻的紅磷空心納米球。而后在先技術2用熔融NaCl–KCl–AlCl₃鹽體系，在納米金屬鎂表面與五氯化磷之間的氧化還原反應生成紅磷，并利用柯肯達爾效應控制紅磷空心球的形貌。在先技術3通過三碘化磷與乙二醇發生氧化還原反應產生的紅磷，借助溶劑沸騰時產生的氣泡制備碘摻雜的納米紅磷空心球。以上幾種方法中，反應產生的雜質很難除去，反應用的試劑都是高易燃易爆物質，且劇毒，不適合紅磷基納米材料的實際生產。

本實驗直接通過紅磷的升華凝華制備紅磷空心球，與現有報道的熔融鹽法和濕化學法等將含磷化合物中的磷元素還原成磷單質進而制備納米紅磷空心球方法有本質不同。

發明內容

本發明的目的是提供一種納米紅磷空心球的可控制備方法，該方法僅僅使用工業紅磷作為前驅體，不需要任何溶劑，利用柯肯達爾效應合成納米紅磷合空心球及其形貌調控的方法，通過調節煅燒溫度，保溫時間和紅磷的添加量，控制納米紅磷空心球的粒徑和壁厚。

本發明的目的是通過下述技術方案實現的。

本發明方法包括：制備裝有工業紅磷的真空密封石英管；制備納米紅磷空心球。其中，通過調節煅燒溫度，保溫時間和紅磷的添加量，控制納米紅磷空心球的粒徑，納米紅磷空心球的直徑范圍可調，范圍在幾十納米到幾百納米之間。本發明工藝簡單，合成方便；采用固相反應，反應過程不產生雜質；能耗低、可持續、時間短、成本低；產率高，易規模化，由于其空心的結構可以賦予紅磷更大的比表面積、提供豐富的孔道結構并降低紅磷粉體的密度，使納米紅磷空心球在多個領域展現出優異的效果，是用于紅磷基復合材料的納米紅磷空心球的通用合成方法。

一種納米紅磷空心球的可控制備方法，具體步驟如下：

步驟一、將紅磷轉移到空的瑪瑙研缽里，然后用研杵研磨5～20分鐘，然后用200目的篩子篩分得到200目的紅磷粉末。

步驟二、將步驟一得到的紅磷粉末轉移到直徑為15毫米的經過縮頸處理的石英管中，抽真空，然后通入氮氣保護氣。

步驟三、重復步驟二3～4次，最終得到處于負壓狀態、氮氣氣氛下的紅磷粉末。

步驟四、將上述裝有紅磷粉末的石英管用火焰槍進行預熱，然后將火焰對準石英管縮頸處加熱2分鐘，得到完全密封的、處于真空狀態下、氮氣氣氛下的石英管。

步驟五、將上述石英管置于管式爐中部。以2～10℃/分鐘升溫至400～700℃，保溫2～8小時，然后以0.5～5℃/分鐘降溫至100～300℃/分鐘,保溫1～8小時，最后自然冷卻至室溫，將石英管從管式爐中取出備用。

步驟六、將上述石英管在-10～0℃下冷凍5～30小時，取出石英管中的藥品，收集于10毫升離心管中備用。