高產(chǎn)率高純度MoO₂粉體的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種高產(chǎn)率高純度MoO2粉體的制備方法，屬于材料制備技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明在真空加熱爐中，通過熱蒸發(fā)氣相遷移技術(shù)，以三氧化鉬和硫粉為原料，在真空環(huán)境中、在載氣帶動下，采用非混合式的漸進(jìn)反應(yīng)方法，一步還原合成得到高產(chǎn)率、高純度的MoO2粉末。該方法具有合成條件嚴(yán)格可控、設(shè)備和工藝簡單、產(chǎn)品收率高、成本低廉、安全、環(huán)保等優(yōu)點。所獲得的MoO2粉體粒度均勻、純度高，易于存貯和再加工。這種MoO2粉體在冶金、催化劑、鋰離子電池等方面具有廣泛的應(yīng)用前景。
【專利說明】
高產(chǎn)率高純度MoO2粉體的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及一種高產(chǎn)率高純度MoO2粉體的制備方法，屬于材料制備技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]除了做冶金添加劑外，二氧化鉬(MoO2)還具有優(yōu)異的光學(xué)和電學(xué)性質(zhì)，有希望應(yīng)用于制造發(fā)光二極管(OLED)、液晶顯示裝置(LCD)、離子顯示板(PDP)、場射顯示板(FED)等設(shè)備。特別地，由于M0O2結(jié)構(gòu)中的單斜結(jié)構(gòu)的對稱性相對比較低(MagneIi A ,Gerog，Andersson.0n the Mo02Structure Type.Acta Chemica Scandinavica，1955，9:1378-1381)，而且M0O2晶體每個八面體中的Mo原子偏離中心位置，使得M0O2具有金屬導(dǎo)電性，因此MoO2能夠用于制作電學(xué)器件，尤其當(dāng)用于鋰離子電池中的電極材料時對于提高電池性能具有重大意義。
[0003]一般來講，制取MoO2的方法大體上可分為氣相法和液相法兩大類。氣相法主要使用Η2為反應(yīng)氣體通過還原反應(yīng)制取Μοθ2，例如用Η2還原(NH4)2Mo2O7或化學(xué)純MoO3，或用Η2還原(ΝΗ4)2Μθ2θ7與MoO3的混合物。高溫氫氣還原法是目前關(guān)于Μ0Ο2制備方法中研究最多的之一，技術(shù)比較成熟，其工藝和理論研究已經(jīng)比較完善。但是，由于出在高溫下的使用有安全性問題，這種方法存在較大風(fēng)險。而液相法是使用乙二醇、檸檬酸等還原劑在液相條件下還原MoO3前驅(qū)體或者(NH4)6Mo7O24等鉬化合物以制取MoO2的方法。液相法相比氣相法耗能較低，但是反應(yīng)時間長，化學(xué)反應(yīng)復(fù)雜、難于控制，且需要后續(xù)的提純除雜等工序，因此對反應(yīng)條件的控制要求比較苛刻，限制了其規(guī)?；苽浜蜕a(chǎn)。
[0004]由于熱蒸發(fā)等物理氣相沉積具有成本低、制備過程簡單、工藝參數(shù)可控性強和制備材料多為晶體等特點，本發(fā)明設(shè)計了一種獨特的熱蒸發(fā)氣相迀移技術(shù)，以硫粉和MoO3粉末作為原料(蒸發(fā)源)，在真空加熱爐中，非混合式漸進(jìn)反應(yīng)方法，一步還原合成得到了大量高純度的MoO2粉末。這種MoO2粉末的制備方法具有產(chǎn)率高、產(chǎn)量大、純度高、安全可靠的優(yōu)點，且產(chǎn)物粒度均勻，沒有雜質(zhì)，無需提純后處理過程，該方法反應(yīng)平和、進(jìn)程易于控制，相比傳統(tǒng)氫氣氣相還原方法更安全、更經(jīng)濟(jì)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提出一種高產(chǎn)率、高純度的MoO2粉體的制備方法;該方法在真空加熱爐中，通過熱蒸發(fā)氣相迀移技術(shù)，以三氧化鉬(MoO3)和硫(S)粉為原料(蒸發(fā)源)，在真空環(huán)境中、在載氣帶動下，采用非混合式的漸進(jìn)反應(yīng)方法，一步還原合成得到高產(chǎn)率、高純度的MoO2粉末。該方法具有合成條件嚴(yán)格可控、設(shè)備和工藝簡單、產(chǎn)品收率高、成本低廉等優(yōu)點;所獲得的MoO2粉體粒度均勻，沒有雜質(zhì)，無需提純后處理過程，易于存貯和再加工；且該方法反應(yīng)平和、進(jìn)程易于控制，安全、經(jīng)濟(jì)。有望在鋰離子電池的電極材料領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。
[0006]本發(fā)明提出的高產(chǎn)率高純度MoO2粉體的制備方法，其特征在于，所述方法在真空加熱爐中，通過熱蒸發(fā)氣相迀移技術(shù)，以三氧化鉬(MoO3)和硫(S)粉為原料(蒸發(fā)源)，在真空環(huán)境中、在載氣帶動下，采用非混合式的漸進(jìn)反應(yīng)方法，一步還原合成得到高產(chǎn)率、高純度的MoO2粉末。
[0007]本發(fā)明提出的高純度MoO2粉末的制備方法，包括以下步驟和內(nèi)容:
[0008](I)在真空加熱爐中，將分別裝有MoO3粉和S粉的氧化鋁陶瓷坩禍放置在爐中央的加熱區(qū)域；
[0009](2)在加熱前，先用真空栗對整個系統(tǒng)抽真空至10—2Pa以下，然后向系統(tǒng)中通入高純惰性載氣，并重復(fù)多次，直到排除系統(tǒng)中的殘余空氣。然后以10-35°C/min速率升溫到800-1100°C，并保溫1-4小時。在整個加熱過程中，在真空栗持續(xù)工作的前提下保持載氣流量為50-250標(biāo)準(zhǔn)立方厘米每分鐘(sccm)，且整個加熱過程在惰性載氣保護(hù)下完成，直至自然降溫到室溫，即可在裝有MoO3粉的坩禍中得到高純MoO2粉體。
[0010]在上述制備方法中，所述步驟(I)中的真空加熱爐有水平真空管式爐、立式真空箱式爐、立式真空管式爐、井式真空電爐之一種。
[0011]在上述制備方法中，所述步驟(I)中的蒸發(fā)源為市售分析純MoO3粉末和S粉。
[0012]在上述制備方法中，所述步驟(I)中的蒸發(fā)源M0O3粉的晶粒尺寸在2?5μηι之間。
[0013]在上述制備方法中，所述步驟(I)中的蒸發(fā)源S粉為高純硫或者升華硫。
[0014]在上述制備方法中，裝有S粉的氧化鋁陶瓷坩禍放在氣流上方，裝有MoO3粉的陶瓷坩禍放在氣流下方，二者相距5-15cm0
[0015]在上述制備方法中，所述步驟(I)中的Μοθ3粉和S粉的質(zhì)量比控制在1:1到1: 5之間。
[0016]在上述制備方法中，所述步驟(2)中高純惰性載氣為Ar、N2之中的一種。
[0017]在上述制備方法中，所述步驟(2)中的高純惰性載氣純度在99.99vol.%以上。
[0018]在上述制備方法中，所述步驟(2)中的加熱過程以10-35°C/min速率升溫到800-1lOO0C,并保溫1-4小時，最后自然冷卻到室溫。
[0019]在上述制備方法中，所述步驟(2)中在整個加熱過程中通入的載氣流量為50-250sccmo
[0020]在上述制備方法中，所述步驟(2)中在整個加熱過程中，在真空栗持續(xù)工作的前提下通入載氣時，依靠載氣帶動S蒸汽在MoO3粉上方形成蒸汽流微循環(huán)和微交換，采用非混合式的漸進(jìn)反應(yīng)方法一步還原合成Mo〇2。
[0021]采用本技術(shù)制備高純MoO2粉體，具有設(shè)備和工藝簡單、材料合成條件嚴(yán)格可控、產(chǎn)率高、成本低廉等特點。所獲得的MoO2粉體產(chǎn)物粒度均勻，沒有雜質(zhì)、純度高，無需提純后處理過程，易于儲存和再加工。該方法反應(yīng)平和、進(jìn)程易于控制，安全、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境友好。
【附圖說明】
[0022]圖1是本發(fā)明實施例1所制得的高純MoO2粉體的X-射線衍射圖譜。
[0023]圖2是本發(fā)明實施例1所制得的高純MoO2粉體的掃描電鏡照片。
【具體實施方式】
[0024]下面結(jié)合實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步說明。
[0025]本發(fā)明提出一種高產(chǎn)率的高純度MoO2粉體的制備方法，其特征在于，所述方法在真空加熱爐中，通過熱蒸發(fā)氣相迀移技術(shù)，以三氧化鉬(MoO3)和硫(S)粉為原料(蒸發(fā)源)，在真空環(huán)境中、在載氣帶動下，采用非混合式的漸進(jìn)反應(yīng)方法，一步還原合成高產(chǎn)率得到高純度的MoO2粉末。
[0026]本發(fā)明提出的高產(chǎn)率、高純度MoO2粉末的制備方法，包括如下步驟和內(nèi)容:
[0027](I)所采用蒸發(fā)源為市售分析純的MoO3粉末和S粉。其中，蒸發(fā)源MoO3粉的晶粒尺寸在2?5μπι之間，蒸發(fā)源S粉為高純硫或者升華硫，原料MoO3粉和S粉的質(zhì)量比控制在1:1到1:5之間。
[0028](2)在水平真空管式爐、立式真空箱式爐、立式真空管式爐或井式真空電爐中，將分別裝有蒸發(fā)源MoO3粉和S粉的氧化鋁陶瓷坩禍放置在爐中央的加熱區(qū)域。其中，裝S粉的氧化鋁陶瓷坩禍放在氣流上方，裝有MoO3粉的陶瓷坩禍放在氣流下方，且二者相距5-15cm。
[0029](3)在加熱前，先用真空栗對整個系統(tǒng)抽真空至10—2Pa以下，然后向系統(tǒng)中通入純度在99.99vol.%以上的氬氣或氮氣載氣，并重復(fù)多次，直到排除系統(tǒng)中的殘余空氣。然后以10-35°(:/11^11速率升溫到800-1100°(:，并保溫1-4小時。在整個加熱過程中，在真空栗持續(xù)工作的前提下保持載氣流量為50-250SCCm，且整個加熱過程在惰性載氣保護(hù)下完成，直至自然降溫到室溫，即可在裝有MoO3粉的坩禍中得到高純MoO2粉體。
[0030]所得到的高純MoO2粉體外觀上為棕紫色，并帶有部分金屬光澤。
[0031]在掃描電子顯微鏡下，能觀察到大量的MoO2顆粒。X-射線衍射分析表明，這種顆粒為M0O2晶體，無雜相。
[0032]總之，用本技術(shù)能高產(chǎn)率地合成高純度的MoO2粉體。
[0033]實施例1:在水平真空管式爐中，將裝有Ig高純S粉的氧化鋁陶瓷坩禍和裝有0.5g分析純MoO3粉的氧化鋁陶瓷坩禍分別放在爐中央加熱區(qū)，且二者相距5cm。
[0034]在加熱前，先用真空栗對整個系統(tǒng)抽真空至10—2Pa以下，然后向系統(tǒng)中通入99.99vol.%的氬氣，并重復(fù)3次，以排除系統(tǒng)中的殘余空氣。然后以30°C/min速率升溫到950°C，并保溫I小時。在整個加熱過程中，在真空栗持續(xù)工作的前提下保持載氣流量為200SCCm，直至自然降溫到室溫，即可在裝有MoO3粉的坩禍中得到高純MoO2粉體。
[0035]所得到的樣品為結(jié)晶Mo02、無雜相(見圖1)，呈現(xiàn)出明顯的顆粒狀，直徑2_8μπι(見圖2)，且所得高純MoO2粉體產(chǎn)物的產(chǎn)量大，顆粒較均勻。
【主權(quán)項】
1.高產(chǎn)率、高純度MoO2粉體的制備方法，其特征在于，所述方法在真空加熱爐中，通過熱蒸發(fā)氣相迀移技術(shù)，以三氧化鉬和硫粉為原料，在真空環(huán)境中、在載氣帶動下，采用非混合式的漸進(jìn)反應(yīng)方法，一步還原合成得到高產(chǎn)率、高純度的MoO2粉末，包括以下步驟: (1)在真空加熱爐中，將分別裝有MoO3粉和S粉的氧化鋁陶瓷坩禍放置在爐中央的加熱區(qū)域;其中裝S粉的氧化鋁陶瓷坩禍放在氣流上方，裝有MoO3粉的陶瓷坩禍放在氣流下方，且二者相距5-15cm; (2)在加熱前，先用真空栗對整個系統(tǒng)抽真空至10—2Pa以下，然后向系統(tǒng)中通入高純惰性載氣，并重復(fù)多次，直到排除系統(tǒng)中的殘余空氣。然后以10_35°C/min速率升溫到800-1lOOcC，并保溫1-4小時。在整個加熱過程中，在真空栗持續(xù)工作的前提下保持載氣流量為50-250標(biāo)準(zhǔn)立方厘米每分鐘，且整個加熱過程在惰性載氣保護(hù)下完成，直至自然降溫到室溫，即可在裝有MoO3粉的坩禍中得到高純MoO2粉體。2.按照權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述步驟(I)中,MoO3粉的晶粒尺寸在2?5μπι之間,MoO3粉和硫粉的質(zhì)量比控制在1:1到1:5之間，且在爐中央的加熱區(qū)域，裝S粉的氧化鋁陶瓷坩禍放在氣流上方，裝有MoO3粉的陶瓷坩禍放在氣流下方，二者相距5-15cm;所述步驟(2)中，加熱過程中，以10-35°(:/1^11速率升溫到800-1100°(:，并保溫1-4小時，最后自然冷卻到室溫;所述步驟(2)中，高純惰性載氣為氬氣、氮氣之中的一種，且均為高純氣體，純度在99.99vol.%以上，在整個加熱過程中通入的載氣流量為50-250標(biāo)準(zhǔn)立方厘米每分鐘。
【文檔編號】C01G39/02GK105858726SQ201610210367
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年4月6日
【發(fā)明人】李漢青, 彭志堅, 錢靜雯, 申振廣, 符秀麗
【申請人】中國地質(zhì)大學(xué)（北京）