[发明专利]一种铌醇盐的合成方法

说明书

本发明公开了一种铌醇盐的新型合成方法，包括1)准备原料：无水醇、烷烃混合、金属钠和五氯化铌·四氢呋喃悬浊液；2)将无水醇、烷烃C_nH_2n+2混合和金属钠在一定条件下进行反应；3)加入五氯化铌·四氢呋喃悬浊液进行反应，3)减压精馏和减压蒸馏得到产品铌醇盐。本发明的合成方法解决了目前氨法制备铌醇盐合成过程中存在流程长、环境差、成本高、回收率低等缺点，具有反应及蒸馏条件平稳，易于控制，合成过程中无有毒有害气体生成、原料价格便宜、反应收率及生产效率高等优势。且该合成反应的总产率最高达到89％，原料烷烃无毒、可以重复使用、不会产生任何废弃物，不仅适合实验室合成，也适合于一定规模化合成。

技术领域

本发明涉及材料生产领域，尤其涉及一种电子工业用铌化合物生产原料铌醇盐的新型合成方法。

背景技术

五氧化二铌薄膜具有优异的光学性能，其光学波导损耗小，在波导性器件中获得了较大的应用。利用其较强的紫外吸收能力，可用作紫外敏感材料的保护膜，与二氧化硅等可制备具有不同折射率的薄膜。五氧化二铌薄膜也是一种性能优良的电致变色材料，有研究认为，五氧化二铌薄膜的电致变色性能可与获得广泛研究并获得一定应用的氧化钨的性能相媲美；也有研究者认为氧化铌可与氧化镍组成最优性能匹配的互补型电致变色玻璃。五氧化二铌薄膜本身也是一种High-K材料，其K值大于30，比HfO2的K值要大，氧化铌薄膜作为一种薄膜新材料具有很好的应用前景。

制备Nb2O5薄膜使用的前驱体很多，醇类如Nb(OEt)5，Nb(OMe)5，胺类如Nb(NMe2)5，Nb(NEt2)5，Nb(NMeEt)5，tBuN＝Nb(NEt2)3，卤化物NbX5等。和金属卤化物相比，金属醇盐沉积的薄膜不存在有害卤化物杂质，且沉积产物具有更小的腐蚀性。此外，金属醇盐可以在相对较低的温度下进行沉积。因此，铌醇盐被广泛地作为CVD及ALD制备氧化物薄膜的前驱体，结构如图1所示。

有关铌醇盐合成方法的报道还仅局限于实验室合成，而且操作流程不宜稳定控制，反应收率低、纯度低。其主要合成方法为：(1)五氯化铌与醇反应，同时加入大量的苯为溶剂；(2)向溶液中通入干燥的氨气；(3)过滤除去生成的氯化铵固体，蒸馏得到铌醇盐。该方法存在一些缺点：(1)合成时会产生氯化氢有毒气体，需引入大量的有毒氨气，对设备材质要求高；(2)合成过程中产生大量的颗粒细小的NH4Cl沉淀，吸附大量的铌醇盐，从而使铌醇盐的产率较低；(3)合成的铌醇盐浓度低，需要蒸发大量的有毒溶剂苯，增加了生产成本及污染环境及危害人身健康。

发明内容

本发明的目的是要提供一种铌醇盐的新型合成方法，以解决目前氨法制备铌醇盐合成过程中存在流程长、环境差、成本高、回收率低等缺点，且其具有反应及蒸馏条件平稳，易于控制，合成过程中无有毒有害气体生成、原料价格便宜、反应收率及生产效率高等优势。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种铌醇盐的新型合成方法，包括以下步骤：

1)准备原料：无水醇、烷烃、金属钠和五氯化铌·四氢呋喃悬浊液；

2)在惰性气氛保护的反应器中加入无水醇及烷烃CnH2n+2混合物，并搅拌，然后再在搅拌的条件下加入金属钠进行反应，反应时间为2～3小时，反应体系的温度保持在0～-30℃，加入完毕后，再回流2～3小时；

3)滴加五氯化铌·四氢呋喃悬浊液，保持在0～-30℃反应4-20小时，再保持回流反应4～12小时；

4)过滤除去滤渣，对滤液进行升温减压精馏，得到蒸出的低沸点烷烃溶剂和产品液体，所得产品液体再升温减压蒸馏得到产品铌醇盐。

作为优选，所述无水醇中的醇为乙醇、丙醇、异丙醇、正丁醇和异丁醇中的一种。

作为优选，所述烷烃CnH2n+2中的n不小于6。