高产率高纯度MoO₂粉体的制备方法

高产率高纯度MoO₂粉体的制备方法
【专利摘要】本发明涉及一种高产率高纯度MoO2粉体的制备方法，属于材料制备技术领域。本发明在真空加热炉中，通过热蒸发气相迁移技术，以三氧化钼和硫粉为原料，在真空环境中、在载气带动下，采用非混合式的渐进反应方法，一步还原合成得到高产率、高纯度的MoO2粉末。该方法具有合成条件严格可控、设备和工艺简单、产品收率高、成本低廉、安全、环保等优点。所获得的MoO2粉体粒度均匀、纯度高，易于存贮和再加工。这种MoO2粉体在冶金、催化剂、锂离子电池等方面具有广泛的应用前景。
【专利说明】
高产率高纯度MoO2粉体的制备方法
技术领域
[0001 ]本发明涉及一种高产率高纯度MoO2粉体的制备方法，属于材料制备技术领域。
【背景技术】
[0002]除了做冶金添加剂外，二氧化钼(MoO2)还具有优异的光学和电学性质，有希望应用于制造发光二极管(OLED)、液晶显示装置(LCD)、离子显示板(PDP)、场射显示板(FED)等设备。特别地，由于M0O2结构中的单斜结构的对称性相对比较低(MagneIi A ,Gerog，Andersson.0n the Mo02Structure Type.Acta Chemica Scandinavica，1955，9:1378-1381)，而且M0O2晶体每个八面体中的Mo原子偏离中心位置，使得M0O2具有金属导电性，因此MoO2能够用于制作电学器件，尤其当用于锂离子电池中的电极材料时对于提高电池性能具有重大意义。
[0003]一般来讲，制取MoO2的方法大体上可分为气相法和液相法两大类。气相法主要使用Η2为反应气体通过还原反应制取Μοθ2，例如用Η2还原(NH4)2Mo2O7或化学纯MoO3，或用Η2还原(ΝΗ4)2Μθ2θ7与MoO3的混合物。高温氢气还原法是目前关于Μ0Ο2制备方法中研究最多的之一，技术比较成熟，其工艺和理论研究已经比较完善。但是，由于出在高温下的使用有安全性问题，这种方法存在较大风险。而液相法是使用乙二醇、柠檬酸等还原剂在液相条件下还原MoO3前驱体或者(NH4)6Mo7O24等钼化合物以制取MoO2的方法。液相法相比气相法耗能较低，但是反应时间长，化学反应复杂、难于控制，且需要后续的提纯除杂等工序，因此对反应条件的控制要求比较苛刻，限制了其规模化制备和生产。
[0004]由于热蒸发等物理气相沉积具有成本低、制备过程简单、工艺参数可控性强和制备材料多为晶体等特点，本发明设计了一种独特的热蒸发气相迀移技术，以硫粉和MoO3粉末作为原料(蒸发源)，在真空加热炉中，非混合式渐进反应方法，一步还原合成得到了大量高纯度的MoO2粉末。这种MoO2粉末的制备方法具有产率高、产量大、纯度高、安全可靠的优点，且产物粒度均匀，没有杂质，无需提纯后处理过程，该方法反应平和、进程易于控制，相比传统氢气气相还原方法更安全、更经济。

【发明内容】

[0005]本发明的目的在于提出一种高产率、高纯度的MoO2粉体的制备方法;该方法在真空加热炉中，通过热蒸发气相迀移技术，以三氧化钼(MoO3)和硫(S)粉为原料(蒸发源)，在真空环境中、在载气带动下，采用非混合式的渐进反应方法，一步还原合成得到高产率、高纯度的MoO2粉末。该方法具有合成条件严格可控、设备和工艺简单、产品收率高、成本低廉等优点;所获得的MoO2粉体粒度均匀，没有杂质，无需提纯后处理过程，易于存贮和再加工；且该方法反应平和、进程易于控制，安全、经济。有望在锂离子电池的电极材料领域得到广泛应用。
[0006]本发明提出的高产率高纯度MoO2粉体的制备方法，其特征在于，所述方法在真空加热炉中，通过热蒸发气相迀移技术，以三氧化钼(MoO3)和硫(S)粉为原料(蒸发源)，在真空环境中、在载气带动下，采用非混合式的渐进反应方法，一步还原合成得到高产率、高纯度的MoO2粉末。
[0007]本发明提出的高纯度MoO2粉末的制备方法，包括以下步骤和内容:
[0008](I)在真空加热炉中，将分别装有MoO3粉和S粉的氧化铝陶瓷坩祸放置在炉中央的加热区域；
[0009](2)在加热前，先用真空栗对整个系统抽真空至10—2Pa以下，然后向系统中通入高纯惰性载气，并重复多次，直到排除系统中的残余空气。然后以10-35°C/min速率升温到800-1100°C，并保温1-4小时。在整个加热过程中，在真空栗持续工作的前提下保持载气流量为50-250标准立方厘米每分钟(sccm)，且整个加热过程在惰性载气保护下完成，直至自然降温到室温，即可在装有MoO3粉的坩祸中得到高纯MoO2粉体。
[0010]在上述制备方法中，所述步骤(I)中的真空加热炉有水平真空管式炉、立式真空箱式炉、立式真空管式炉、井式真空电炉之一种。
[0011]在上述制备方法中，所述步骤(I)中的蒸发源为市售分析纯MoO3粉末和S粉。
[0012]在上述制备方法中，所述步骤(I)中的蒸发源M0O3粉的晶粒尺寸在2?5μηι之间。
[0013]在上述制备方法中，所述步骤(I)中的蒸发源S粉为高纯硫或者升华硫。
[0014]在上述制备方法中，装有S粉的氧化铝陶瓷坩祸放在气流上方，装有MoO3粉的陶瓷坩祸放在气流下方，二者相距5-15cm0
[0015]在上述制备方法中，所述步骤(I)中的Μοθ3粉和S粉的质量比控制在1:1到1: 5之间。
[0016]在上述制备方法中，所述步骤(2)中高纯惰性载气为Ar、N2之中的一种。
[0017]在上述制备方法中，所述步骤(2)中的高纯惰性载气纯度在99.99vol.%以上。
[0018]在上述制备方法中，所述步骤(2)中的加热过程以10-35°C/min速率升温到800-1lOO0C,并保温1-4小时，最后自然冷却到室温。
[0019]在上述制备方法中，所述步骤(2)中在整个加热过程中通入的载气流量为50-250sccmo
[0020]在上述制备方法中，所述步骤(2)中在整个加热过程中，在真空栗持续工作的前提下通入载气时，依靠载气带动S蒸汽在MoO3粉上方形成蒸汽流微循环和微交换，采用非混合式的渐进反应方法一步还原合成Mo〇2。
[0021]采用本技术制备高纯MoO2粉体，具有设备和工艺简单、材料合成条件严格可控、产率高、成本低廉等特点。所获得的MoO2粉体产物粒度均匀，没有杂质、纯度高，无需提纯后处理过程，易于储存和再加工。该方法反应平和、进程易于控制，安全、经济、环境友好。
【附图说明】
[0022]图1是本发明实施例1所制得的高纯MoO2粉体的X-射线衍射图谱。
[0023]图2是本发明实施例1所制得的高纯MoO2粉体的扫描电镜照片。
【具体实施方式】
[0024]下面结合实施例对本发明的技术方案做进一步说明。
[0025]本发明提出一种高产率的高纯度MoO2粉体的制备方法，其特征在于，所述方法在真空加热炉中，通过热蒸发气相迀移技术，以三氧化钼(MoO3)和硫(S)粉为原料(蒸发源)，在真空环境中、在载气带动下，采用非混合式的渐进反应方法，一步还原合成高产率得到高纯度的MoO2粉末。
[0026]本发明提出的高产率、高纯度MoO2粉末的制备方法，包括如下步骤和内容:
[0027](I)所采用蒸发源为市售分析纯的MoO3粉末和S粉。其中，蒸发源MoO3粉的晶粒尺寸在2?5μπι之间，蒸发源S粉为高纯硫或者升华硫，原料MoO3粉和S粉的质量比控制在1:1到1:5之间。
[0028](2)在水平真空管式炉、立式真空箱式炉、立式真空管式炉或井式真空电炉中，将分别装有蒸发源MoO3粉和S粉的氧化铝陶瓷坩祸放置在炉中央的加热区域。其中，装S粉的氧化铝陶瓷坩祸放在气流上方，装有MoO3粉的陶瓷坩祸放在气流下方，且二者相距5-15cm。
[0029](3)在加热前，先用真空栗对整个系统抽真空至10—2Pa以下，然后向系统中通入纯度在99.99vol.%以上的氩气或氮气载气，并重复多次，直到排除系统中的残余空气。然后以10-35°(:/11^11速率升温到800-1100°(:，并保温1-4小时。在整个加热过程中，在真空栗持续工作的前提下保持载气流量为50-250SCCm，且整个加热过程在惰性载气保护下完成，直至自然降温到室温，即可在装有MoO3粉的坩祸中得到高纯MoO2粉体。
[0030]所得到的高纯MoO2粉体外观上为棕紫色，并带有部分金属光泽。
[0031]在扫描电子显微镜下，能观察到大量的MoO2颗粒。X-射线衍射分析表明，这种颗粒为M0O2晶体，无杂相。
[0032]总之，用本技术能高产率地合成高纯度的MoO2粉体。
[0033]实施例1:在水平真空管式炉中，将装有Ig高纯S粉的氧化铝陶瓷坩祸和装有0.5g分析纯MoO3粉的氧化铝陶瓷坩祸分别放在炉中央加热区，且二者相距5cm。
[0034]在加热前，先用真空栗对整个系统抽真空至10—2Pa以下，然后向系统中通入99.99vol.%的氩气，并重复3次，以排除系统中的残余空气。然后以30°C/min速率升温到950°C，并保温I小时。在整个加热过程中，在真空栗持续工作的前提下保持载气流量为200SCCm，直至自然降温到室温，即可在装有MoO3粉的坩祸中得到高纯MoO2粉体。
[0035]所得到的样品为结晶Mo02、无杂相(见图1)，呈现出明显的颗粒状，直径2_8μπι(见图2)，且所得高纯MoO2粉体产物的产量大，颗粒较均匀。
【主权项】
1.高产率、高纯度MoO2粉体的制备方法，其特征在于，所述方法在真空加热炉中，通过热蒸发气相迀移技术，以三氧化钼和硫粉为原料，在真空环境中、在载气带动下，采用非混合式的渐进反应方法，一步还原合成得到高产率、高纯度的MoO2粉末，包括以下步骤: (1)在真空加热炉中，将分别装有MoO3粉和S粉的氧化铝陶瓷坩祸放置在炉中央的加热区域;其中装S粉的氧化铝陶瓷坩祸放在气流上方，装有MoO3粉的陶瓷坩祸放在气流下方，且二者相距5-15cm; (2)在加热前，先用真空栗对整个系统抽真空至10—2Pa以下，然后向系统中通入高纯惰性载气，并重复多次，直到排除系统中的残余空气。然后以10_35°C/min速率升温到800-1lOOcC，并保温1-4小时。在整个加热过程中，在真空栗持续工作的前提下保持载气流量为50-250标准立方厘米每分钟，且整个加热过程在惰性载气保护下完成，直至自然降温到室温，即可在装有MoO3粉的坩祸中得到高纯MoO2粉体。2.按照权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(I)中,MoO3粉的晶粒尺寸在2?5μπι之间,MoO3粉和硫粉的质量比控制在1:1到1:5之间，且在炉中央的加热区域，装S粉的氧化铝陶瓷坩祸放在气流上方，装有MoO3粉的陶瓷坩祸放在气流下方，二者相距5-15cm;所述步骤(2)中，加热过程中，以10-35°(:/1^11速率升温到800-1100°(:，并保温1-4小时，最后自然冷却到室温;所述步骤(2)中，高纯惰性载气为氩气、氮气之中的一种，且均为高纯气体，纯度在99.99vol.%以上，在整个加热过程中通入的载气流量为50-250标准立方厘米每分钟。
【文档编号】C01G39/02GK105858726SQ201610210367
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年4月6日
【发明人】李汉青, 彭志坚, 钱静雯, 申振广, 符秀丽
【申请人】中国地质大学（北京）