[发明专利]微波辐照制备钛硅化合物及其掺杂材料的方法

说明书

技术领域

本发明属于材料制备和微波化学领域，涉及一种钛硅化合物及其掺杂材料的制备方法。

技术背景

钛硅化合物尤其是TiSi₂在太阳能催化制氢、氢气储存、集成电路等方面有重要的潜在应用。目前钛硅化合物尤其是TiSi₂主要通过钛粉和硅粉经常规炉高温加热合成，这种办法合成温度高、时间长、产物晶粒较粗大，以钛粉为原料时则成本很高。专利CN1822331和CN1872662公布了以TiCl₄和SiH₄为原料，分别通过化学气相沉积和常压化学气相沉积的办法，制备了硅化钛纳米线。但这种方法中，TiCl₄腐蚀性气体，SiH₄自燃性气体，该方法的安全性需特别注意。

上述钛硅化合物的制备方法，采用常规的加热方式进行，常规加热方法是根据热传导、对流和辐照原理从物料外部由表及里地进行加热，加热速度缓慢，温度场不均匀，须经过长时间才能完成预热、反应的过程，制备时间长、能耗高、晶粒较粗大，成本较高。

发明内容

本发明的目的是提供一种高效快速节能、低成本制备细晶粒钛硅化合物及其掺杂材料的方法，公布了微波辐照钛硅化合物及其掺杂材料的方法。微波加热是与常规加热不同，物料的加热是通过外场与物料相互作用完成的，在高频电磁场作用下物料中偶极子与周围分子摩擦发热从而使温度升高。微波加热具有内部外部同时加热、可克服物料中的“冷中心”现象、加热迅速、易自动控制等优点。微波加热不需要对工作介质和加热炉体本身进行加热和保温，没有额外热量消耗，可最大限度地利用加热能源，微波加热不需要任何传导过程，加热快速、均匀，仅需传统加热方式的几分之一甚至几十分之一的时间就可实现反应完成，在晶粒未长得太大前即完成了反应。另外，微波加热还可能有微波催化和等离子体净化作用，使钛硅化合物及其掺杂材料保持较高的催化活性。因此，微波法可高效快速节能、低成本地制备细晶粒钛硅化合物及其掺杂材料。

本发明的具体内容是：

选取一定的含钛和硅元素的反应物体系，如钛粉和硅粉的混合物、钛粉和四氯化硅的混合物、二氧化钛和硅粉及镁粉的混和物、二氧化钛和硅粉及钙粉的混和物、二氧化钛和硅粉及铝粉的混和物等；根据掺杂要求的不同，可在上述反应物体系中加入一定量的含硼或含氮原料；搅拌并球磨至粒度为5nm-0.5mm，盛入坩埚内，然后将坩埚置入微波炉中，通入一定量的保护性气体，如氮气、氩气、氢气或氦气，在微波辐照条件下进行加热反应，加热温度在100℃-1500℃，保温0.1-10小时后取出反应产物，再将反应产物进行洗涤，然后过滤、烘干即可得到钛硅化合物及其掺杂材料。

本发明得到的有益效果是(1)在微波辐照制备钛硅化合物及其掺杂材料的过程中，主要是通过微波加热引发反应，制备时间短、能耗低；(2)微波辐照可制备比常规加热条件下晶粒更细小的钛硅化合物及其掺杂材料；(3)不用Ti粉作原料时，也可制备出钛硅化合物及其掺杂材料，成本较低。

具体实施方式

实施例1：

称取48克钛粉和56克硅粉，加入3克(NH₂)₂CO，搅拌混合并球磨，过200目筛，然后压制成直径20毫米厚度5毫米的圆片，放入坩锅中，再将坩锅置入微波炉中，通入Ar气，加热至900℃，并在该温度下保温1小时，然后取出反应产物，用质量分数为5％的盐酸溶液进行洗涤，再用去离子水清洗，过滤、烘干即可得到TiSi₂含量超过90％的产物。

实施例2：

称取160克二氧化钛粉、48克镁粉和56克硅粉，搅拌混合并球磨，过325目筛，然后与300克无水KCl一起放入坩锅中，再将坩锅置入微波炉中，通入Ar气，加热至800℃，并在该温度下保温0.5小时，然后取出反应产物，用质量分数为5％的盐酸溶液进行洗涤，再用去离子水清洗，过滤、烘干即可得到粒径为300nm的TiSi₂。