[發(fā)明專利]利用單原子碳還原制備單質(zhì)材料的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110843974.6
• 申請(qǐng)日: 2019-07-29
• 公開（公告）號(hào): CN113528821B
• 公開（公告）日: 2023-05-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孫旭陽(yáng)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 孫旭陽(yáng)
• 主分類號(hào): C22B5/10
• 分類號(hào): C22B5/10;C22B23/02;C22B34/14;C01B35/02;C01B33/025
• 代理公司: 北京鴻元知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11327
• 代理人: 黃麗娟;李靜

本發(fā)明屬于材料領(lǐng)域，涉及一種利用單原子碳還原制備單質(zhì)材料的方法。該方法包括：在熔體介質(zhì)中，在300℃～1500℃下，有機(jī)碳源裂解成原子碳并溶解于熔體介質(zhì)，所述原子碳與置于熔體介質(zhì)中的單質(zhì)前體化合物發(fā)生氧化還原反應(yīng)，該前體化合物被還原成單質(zhì)，單質(zhì)在熔體介質(zhì)中過飽和結(jié)晶析出，得到單質(zhì)材料。本發(fā)明的方法能夠在較低的溫度下以較低的成本制備品質(zhì)好的、自結(jié)晶生長(zhǎng)的單質(zhì)材料。

本申請(qǐng)是分案申請(qǐng)，原申請(qǐng)的申請(qǐng)?zhí)枮?01910689302.7，申請(qǐng)日為2019年7月29日，發(fā)明名稱為“利用單原子碳還原制備單質(zhì)材料的方法”。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及材料領(lǐng)域，具體而言，涉及一種利用單原子碳還原制備單質(zhì)材料的方法。

背景技術(shù)

單質(zhì)材料包括金屬和非金屬。單質(zhì)材料作為特種功能材料和結(jié)構(gòu)材料，是各種高端制造工業(yè)的基礎(chǔ)材料，產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于航空、航天、船舶、核工業(yè)、電子、汽車、新能源等高科技領(lǐng)域。然而，自然界的物質(zhì)極少以單質(zhì)的形式存在，大多以氧化物、碳化物、氮化物、硫化物、各種酸鹽等化合物的形式存在，為此需要將化合物還原才能得到單質(zhì)材料。最主要的方法有熱還原和電解法。其中，碳熱法和硅熱法、鋁熱法、鎂熱法等金屬熱法是常用的熱還原方法。但是上述方法普遍需要高溫反應(yīng)，能耗大、成本高，如采用碳熱還原的高爐煉鐵溫度在1000℃～1400℃，鋁熱還原法制硅溫度在1600℃～1700℃，而用硅鐵(Si-Fe)作還原劑的皮江法煉鎂不僅需高溫1200℃～1250℃，還需要高真空(1～13Pa)的條件。另外，單質(zhì)的結(jié)晶性不佳，一般為多晶或無定形態(tài)。

因此，迫切需要一種非高溫的制備單質(zhì)材料的方法，該方法能夠在較低的溫度下以較低的成本制備品質(zhì)好的、自結(jié)晶生長(zhǎng)的單質(zhì)材料。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)上述技術(shù)問題，本發(fā)明的目的在于提供了一種利用單原子碳還原制備單質(zhì)材料的方法，該方法能夠在較低的溫度下以較低的成本制備品質(zhì)好的、自結(jié)晶生長(zhǎng)的單質(zhì)材料。

根據(jù)本發(fā)明，本發(fā)明提供的利用單原子碳還原制備單質(zhì)材料的方法，包括：在熔體介質(zhì)中，在300℃～1500℃下，有機(jī)碳源裂解成原子碳并溶解于熔體介質(zhì)，所述原子碳與置于熔體介質(zhì)中的單質(zhì)前體化合物發(fā)生氧化還原反應(yīng)，該前體化合物被還原成單質(zhì)，單質(zhì)在熔體介質(zhì)中過飽和結(jié)晶析出，得到單質(zhì)材料。

下面，更詳細(xì)地描述本發(fā)明的利用單原子碳還原制備單質(zhì)材料的方法。

本發(fā)明所制備的單質(zhì)材料包括單質(zhì)金屬和單質(zhì)非金屬，具體地，包括且不限于金屬M(fèi)g、Zn、Cu、Fe、Li、Ge、V、Cr、Ni、Co、Mn、Bi、Ti、Mo、Y、Ir、W、Pt、Ta、Nb、Re、Hf、Pd、Zr，非金屬B、Si，且更優(yōu)選為Mg、Cu、Fe、Li、Ge、Ni、Co、Ti、Pt、Nb、Zr、B或Si。

所述單質(zhì)前體化合物是指待制備單質(zhì)元素的化合物，包括且不限于該單質(zhì)元素的氧化物、氮化物、硫化物和包含該單質(zhì)元素的鹽，優(yōu)選地，所述單質(zhì)前體化合物為單質(zhì)元素的氧化物或包含該單質(zhì)元素的鹽，且更優(yōu)選為單質(zhì)元素的氧化物。在本發(fā)明中，所述單質(zhì)前體化合物優(yōu)選研磨成粉末形式使用，優(yōu)選粒度在900～8000目。

所述熔體介質(zhì)是指選自無機(jī)鹽、無機(jī)堿、氧化物、氮化物、碳化物、金屬和合金中的一種或幾種的熔融體。在300℃～1500℃下，有機(jī)碳源裂解形成原子碳，且原子碳不與該熔體化合物發(fā)生反應(yīng)，或只發(fā)生生成待制備單質(zhì)的反應(yīng)，原子碳在所述熔體中的最大溶解度不低于10^-7(g/100g)；優(yōu)選地，所述熔體介質(zhì)為熔點(diǎn)低于810℃的無機(jī)鹽、無機(jī)鹽混合物，或熔點(diǎn)低于400℃無機(jī)堿、無機(jī)堿混合物，或熔點(diǎn)低于500℃的低熔點(diǎn)合金。具體地，所述的無機(jī)鹽例如氯化鎂、氯化鈉、氯化鉀、氯化鋰、氯化鈣、氯化鋁，氟化鉀、氟化鈉、氟化鋰，硝酸鈉、硝酸鉀，硫酸鋰、硫酸鈉；所述的無機(jī)堿包括氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化鋰、氫氧化鋁；所述的合金包括Bi與Sn、Pb、In、Cd、Hg、Zn的二元、三元、四元、五元合金，Bi與Pt的合金，Pb與Sn、In、Cd、Hg的二元、三元、四元合金，Sn與Cd的合金。