一种三甲基镓的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于高纯度金属有机化合物制备技术领域，具体地，涉及一种三甲基镓的制备方法。
【背景技术】
[0002]高纯度三甲基镓属于高纯金属有机化合物，是利用先进的金属有机化学气相沉积(MOCVD)工艺制备化合物半导体薄膜材料的关键支撑原材料，其广泛运用于LED设备、新一代太阳能电池、相变存储器、半导体激光器、红外探测器和超级计算机等领域。
[0003]目前三甲基镓的制备已有一定的研究，常见的方法为烷基铝法和合金法。烷基铝法即采用三甲基铝与三氯化镓进行反应，但是该方法制备三甲基镓的缺陷在于收率较低，且反应副产物不易回收，反应残余液毒副作用较大；另外，合金法是采用镓镁合金在醚类溶剂存在下与卤代烷反应制备三甲基镓，但该方法存在反应步骤繁杂、周期长，生成三甲基镓与醚的配合物难以分离，反应使用大量碘甲烷昂贵、毒性大，不便回收，生成成本高等不足。
[0004]因此，现在急需一种能够显著提高三甲基镓收率且反应副产物易回收的制备方法。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是为了克服现有技术中三甲基镓收率低且反应副产物难回收的缺陷，提供一种二甲基嫁的制备方法。
[0006]本发明的发明人在研究中发现，在惰性气氛下，将碘与熔融的镓接触反应，得到三碘化镓；然后在引发剂存在和惰性气氛下，将三甲基铝与三碘化镓接触反应，即可提高三甲基镓的收率，并且该反应的副产物较易于回收。
[0007]因此，为了实现上述目的，本发明提供了一种三甲基镓的制备方法，其特征在于，该方法包括:
[0008](I)在惰性气氛下，将碘与熔融的镓接触反应，得到三碘化镓；
[0009](2)在引发剂存在和惰性气氛下，将三甲基铝与三碘化镓接触反应。
[0010]本发明的制备方法能够显著提高三甲基镓的收率和纯度，可以使得其收率高达90%以上，纯度高达99.9999%，并且，本发明所用反应釜可作为蒸发釜使用，简化了工艺与设备，反应过程易于控制，制备的产品也较易与原料、副产物分离，非常适用于工业化生产，另外，其副产物可用于合成硫酸铝，几乎无废料产生，工艺中避免了大量剧毒品碘甲烷的使用，对环境非常友好。
[0011]本发明的其它特征和优点将在随后的【具体实施方式】部分予以详细说明。
【具体实施方式】
[0012]以下对本发明的【具体实施方式】进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的【具体实施方式】仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
[0013]本发明提供了一种三甲基镓的制备方法，该方法包括:
[0014](I)在惰性气氛下，将碘与熔融的镓接触反应，得到三碘化镓；
[0015](2)在引发剂存在和惰性气氛下，将三甲基铝与三碘化镓接触反应
[0016]根据本发明所述的方法，其中，步骤(I)中，优选地，反应条件包括:温度为100-140°C，时间为20-50min ;更优选地，温度为120-130°C，时间为30_40min，从而能够进一步提高三甲基镓的收率。
[0017]根据本发明所述的方法，其中，步骤(I)中，碘元素与镓元素的比例可以为常规比例，优选地，碘元素与镓元素的摩尔比为1.5-5:1，更优选为2-4.5:1。
[0018]根据本发明所述的方法，其中，步骤(I)中，为了使反应更充分，优选地，在搅拌的过程中向熔融的镓中分批加入碘，更优选地，所述碘为碘粉。
[0019]根据本发明所述的方法，其中，步骤(2)中，优选地，反应条件包括:温度为40-80°C，时间为20-30h ;优选地，温度为50-60°C，时间为24_28h，从而能够进一步提高三甲基镓的收率。
[0020]根据本发明所述的方法，其中，步骤(2)中，三甲基铝与三碘化镓的比例可以为常规比例，优选地，三甲基铝与三碘化镓的摩尔比为3-10:1，更优选为3.5-9:1。
[0021]根据本发明所述的方法，其中，步骤(2)中，所述引发剂可以为常规的三甲基铝与三碘化镓反应的引发剂，例如可以为碘甲烷和/或溴甲烷，但是，为了便于与产物三甲基镓分离，所述引发剂优选为碘甲烷。
[0022]根据本发明所述的方法，其中，步骤(2)中，相对于350mol三甲基铝，引发剂的用量可以为0.5-2molo
[0023]根据本发明所述的方法，其中，由于步骤⑴的接触反应是放热反应，为了避免温度过高使得步骤(2)加入的三甲基铝挥发而影响三甲基镓的收率，优选地，该方法还包括:使得步骤(I)的混合反应液自然冷却后再进行步骤(2)的反应。
[0024]根据本发明所述的方法，其中，为了便于操作，步骤(2)中可以向三碘化镓中滴加三甲基铝，为了使反应更充分地进行且避免反应急剧放热而导致的安全隐患，优选地，步骤
(2)中向三碘化镓中缓慢地滴加三甲基铝。
[0025]根据本发明所述的方法，其中，惰性气氛可以由氮气、氩气等提供。
[0026]根据本发明所述的方法，其中，该方法还可以包括:将步骤(2)得到的混合反应液进行蒸馏。其中蒸馏的条件可以包括:常压，温度为56-65°C。
[0027]根据本发明所述的方法，其中，优选地，该方法还包括:将蒸馏得到的三甲基镓粗品进彳丁精馆I。
[0028]更优选地，所述精馏的条件包括:温度为55-62°C，压强为常压，从而能够进一步提高三甲基镓的纯度。
[0029]根据本发明所述的方法，其中，优选地，该方法还包括:将蒸馏后剩余反应液进行回收处理。
[0030]为了使得反应副产物更易分离，更优选地，所述回收处理的方法包括:用正庚烷稀释所述剩余反应液，然后加水进行淬灭反应，得到甲烷气体；再将反应液萃取分离后蒸馏有机相回收正庚烷，将剩余水相与浓硫酸和双氧水反应，得到Al2 (SO4) 3和碘。
[0031]根据本发明的方法，其中，相对于25512g蒸馏出三甲基镓后的剩余反应液，正庚烷的用量可以为23000-30000g，水的用量可以为2900-4000g，浓硫酸的用量可以为23000-30000g，质量分数为60%的双氧水的用量可以为4100-5500g。
[0032]为了进一步提高分离得到的副产物Al2(SO4)3的纯度，优选地，所述回收处理的方法还包括:将剩余水相与浓硫酸和双氧水反应后，过滤得到固体碘，然后向剩余待回收液中加入氯仿、双氧水进行萃取氧化，在常温，常压下蒸馏有机相回收氯仿，水相浓缩干燥，得到Al2(SO4)30
[0033]相对于5000g剩余待回收液，氯仿的用量为6000-20000g、质量分数为60%的双氧水的用量为130-300g。
[0034]根据本发明的方法，其中，蒸馏反应液有机相回收正庚烷的条件可以包括:蒸馏温度为95-10(TC，压强为常压。
[0035]本领域的技术人员知晓，浓硫酸的浓度为98%。
[0036]实施例
[0037]三甲基镓的收率计算公式为:收率=M[Ga(CH3)3]*69.7/[M(Ga)*114.8]*100%。
[0038]硫酸铝的收率计算公式为:收率=M[Al2(SO4)3]*72.1*2/[M(AUCH3)3)*342.1]*100%。
[0039]实施例1
[0040]本实施例用于说明本发明的三甲基镓的制备方法。
[0041](I)在充满氮气气体的反应釜中加入2900g镓，加热至120°C，在搅拌条件下向熔融的镓中分批加入16840g碘粉，30min后反应结束，自然冷却后向反应釜中缓慢滴加10440g三甲基铝，加入50g引发剂碘甲烷，在50°C下反应持续24h，在60 °C，常压下蒸馏出三甲基镓粗品，将三甲基镓粗品精馏，收集馏分的温度为55.8°C，压强为常压，得到4480g三甲基镓成品，计算得三甲基镓的收率为94 %，成品中三甲基镓的纯度为99.9999 % ;
[0042](2)将步骤(I)蒸馏出三甲基镓粗品的25512g剩余反应液进行回收处理，该回收处理方法为:将三甲基镓合成反应釜中剩余反应液输送至淬灭反应釜中，加入23300g正庚烧稀释反应液，然后缓慢滴加2900g水淬灭反应，将