一种三甲基铝的制备方法
【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，涉及一种三甲基铝的制备方法。
【背景技术】
[0002]高纯度三甲基铝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)工艺或原子层沉积薄膜技术(ALD)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]目前三甲基铝的制备已有一定的研究，常见的方法为镁铝合金还原法、烷基铝与卤代烷合成法等。镁铝合金还原法一般采用镁铝合金与氯甲烷进行反应制备三甲基铝，但是该制备方法收率极低。而烷基铝与卤代烷合成法是采用烷基铝(如三乙基铝)与卤代甲烷(如碘甲烷、溴甲烷)在铋基化合物或钒基化合物催化下合成三甲基铝，但该方法存在催化剂昂贵、收率不高、周期长和后处理困难等不足。
[0004]因此，现在急需一种能够显著提高三甲基铝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铝收率低且反应副产物难回收的缺陷，提供一种三甲基铝的制备方法。
[0006]本发明的发明人在研究中发现，在醚类溶剂存在和惰性气氛下，将镁铝合金与卤代烷接触反应，得到三甲基铝醚类配合物；将三甲基铝醚类配合物与高沸点的胺类和/或膦类化合物接触反应，得到三甲基铝胺类配合物和/或三甲基铝膦类配合物；将得到的配合物进行解配，即可提高三甲基铝的收率、纯度，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铝的制备方法，该方法包括:
[0008](I)在醚类溶剂存在和惰性气氛下，将镁铝合金与卤代烷接触反应，得到三甲基铝醚类配合物；
[0009](2)将三甲基铝醚类配合物与高沸点的胺类和/或膦类化合物接触反应，得到三甲基铝胺类配合物和/或三甲基铝膦类配合物；
[0010](3)将步骤⑵得到的配合物进行解配。
[0011]本发明的制备方法能够显著提高三甲基铝的收率和纯度，可以使得其收率高达80%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。
[0012]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】
[0013]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。
[0014]本发明提供了一种三甲基铝的制备方法，该方法包括:
[0015](I)在醚类溶剂存在和惰性气氛下，将镁铝合金与卤代烷接触反应，得到三甲基铝醚类配合物；
[0016](2)将三甲基铝醚类配合物与高沸点的胺类和/或膦类化合物接触反应，得到三甲基铝胺类配合物和/或三甲基铝膦类配合物；
[0017](3)将步骤⑵得到的配合物进行解配。
[0018]根据本发明所述的方法，其中，步骤⑴中，卤代烷可以为本领域各种卤代烷，优选为碘甲烷和/或溴甲烷，更优选为碘甲烷，从而能够进一步提高三甲基铝的收率，且反应副产物更易回收。
[0019]根据本发明所述的方法，其中，步骤(I)中，醚类溶剂可以为各种常规的烷基醚，例如可以为乙醚、四氢呋喃和甲基四氢呋喃中的至少一种，优选为甲基四氢呋喃。
[0020]根据本发明所述的方法，其中，步骤⑴中，镁铝合金为AlxMgy，其组成可以为X =
0.4-0.6, y = 0.6-0.4，x+y = 1，x、y 为质量分数。
[0021]根据本发明所述的方法，其中，步骤⑴中，镁铝合金中铝与卤代烷的摩尔比可以为本领域常规比例，优选为1:2-12，更优选为1:2.5-9O
[0022]根据本发明所述的方法，其中，醚类溶剂与镁铝合金的重量比可以为1:0.1-0.5。
[0023]根据本发明所述的方法，其中，步骤⑴中，惰性气氛可以由氮气、氩气等提供。
[0024]根据本发明所述的方法，其中，步骤(I)中，接触反应条件优选为包括:温度为20-90°C，时间为2-8h，更优选地，温度为35-75°C，时间为3_6h，从而能够进一步提高能够进一步提尚二甲基招的收率。
[0025]根据本发明所述的方法，其中，为了便于操作，步骤(I)中可以向含有镁铝合金的醚类溶剂中滴加卤代烷，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(I)中在搅拌条件下向含有镁铝合金的醚类溶剂中缓慢地滴加卤代烷。本发明中，缓慢地滴加卤代烷的速度可以为2-5ml/min。
[0026]根据本发明所述的方法，其中，优选地，步骤(I)反应结束后再进行步骤(2)的解配反应。其中，由于步骤(I)的接触反应为放热反应，因此其反应结束的终点可以通过向醚类溶剂中继续滴加卤代烷，反应液的温度不再升高来判断。
[0027]根据本发明所述的方法，其中，为了避免溶剂对后续解配反应的影响，最终影响制得的三甲基铝的收率和纯度，优选地，步骤(I)反应结束后蒸出醚类溶剂，再进行解配反应。
[0028]根据本发明所述的方法，其中，该方法还可以包括:将步骤(I)得到的三甲基铝醚类配合物在减压条件下蒸出。其中，所述减压条件可以包括:压强为0-0.05MPa。
[0029]根据本发明所述的方法，其中，步骤(2)中，高沸点的胺类化合物可以为二苯胺、三丁胺和三辛胺中的至少一种，优选为二苯胺，高沸点的膦类化合物为三苯基膦和/或二苯基膦，优选为三苯基膦，当采用三苯基膦时，三甲基铝的收率和纯度提高的幅度最大。
[0030]根据本发明所述的方法，其中，步骤(2)中，优选地，相对于Imol卤代烷，胺类和/或膦类化合物的用量为0.3-0.Smolo
[0031]根据本发明所述的方法，其中，步骤(2)中，优选地，接触反应的条件包括:温度为20-100°C，时间为 2-8h。
[0032]根据本发明所述的方法，其中，优选地，步骤(2)中，将含有三甲基铝胺类配合物或三甲基铝膦类配合物的反应液在80-110°C、0-0.02MPa下进行蒸馏，该蒸馏可以蒸出低沸点的杂质和上述步骤(I)反应结束后的蒸馏步骤未完全蒸出的醚类溶剂，从而避免该低沸点杂质和醚类溶剂对后续解配反应的影响，进而影响三甲基铝的收率和纯度。
[0033]根据本发明所述的方法，其中，步骤(3)中，优选地，解配条件包括:温度为120-2000C，压强为 0-0.03MPa，时间为 5_15h，优选为温度为 130_180°C，压强为 0-0.0lMPa,时间为5-12h，从而能够使得三甲基铝胺类配合物和/或三甲基铝膦类配合物更充分地解配，进而提高三甲基铝的收率。
[0034]根据本发明所述的方法，其中，为了进一步提高制得的三甲基铝的纯度，优选地，该方法还包括:将步骤(3)解配得到的三甲基铝进行精馏。其中，所述精馏的条件可以常规的纯化三甲基铝的条件，例如可以包括:温度为125_130°C，压强为常压。
[0035]实施例
[0036]三甲基铝的收率计算公式为:收率=M[Al (CH3)3]3*142/M(CH3I) *72。
[0037]实施例1
[0038]本实施例用于说明本发明的三甲基铝的制备方法。
[0039](I)在充满氮气气体的反应釜中加入570g镁铝合金AlxMgy (x = 0.53，y = 0.47，X、I为质量分数)、4000g 2-甲基四氢呋喃，在搅拌条件下向含有镁铝合金的2-甲基四氢呋喃中缓慢地滴加4260g碘甲烷(滴加速度为3ml/min)，控制反应温度为40°C，待反应液的温度不再升高时，说明接触反应达到终点(反应时间为6h)，然后继续升温至90°C蒸出2-甲基四氢呋喃，在0.01MPa、90°C下蒸馏出三甲基铝醚类配合物；
[0040](2)将上述蒸馏得到的三甲基铝醚类配合物转移至盛有2623g三苯基膦的解配釜中，在90°C下反应2h，然后将反应液在90°C、0.0lMPa下进行蒸馏出低沸点杂质和剩余的2-甲基四氢呋喃；
[0041](3)在温度为130°C、压强为0.005MPa下，将步骤⑵得到的三甲基铝三苯基膦配合物解配12h，得到三甲基铝粗品，将该粗品在125°C、常压下精馏，得到663g三甲基铝产品，该三甲基铝产品的收率为92 %，纯度为99.9999 %。<