[发明专利]一种电化学制备羟基氧化镓的方法

说明书

本发明属于有色金属冶金技术领域，具体涉及一种电化学制备羟基氧化镓的方法，本发明提供的羟基氧化镓的制备方法设计科学合理，其以金属镓为阳极，在去离子水中进行直流电解，一步制备高纯羟基氧化镓粉体材料。本发明技术方案能够克服现有羟基氧化镓制备工艺流程长、试剂消耗量大、对设备要求高、产品纯度和物理规格难以达标等问题，具有流程短、效率高、操作简单、对设备要求低、成本低、产品纯度高等特点，制备得到的羟基氧化镓粉体颗粒尺寸和微观形貌均匀，是一种优良的生产第四代半导体材料的前驱体。

技术领域

本发明属于有色金属冶金技术领域，具体涉及一种电化学制备羟基氧化镓的方法。

背景技术

氧化镓(Ga₂O₃)是一种透明的超宽禁带氧化物半导体材料，禁带宽度和击穿电场强度分别高达4.9-5.3eV和8MV/cm，远高于氮化镓(3.4eV，3.3MV/cm)、砷化镓(1.4eV，0.4MV/cm)、硅(1.1eV，0.3MV/cm)、碳化硅(3.3eV，2.5MV/cm)等半导体材料。此外，氧化镓还具有独特的紫外透过特性(紫外透过率可达80％以上)以及低的能量损耗、高的化学稳定性和热稳定性等优点，是制造日盲紫外光电探测器、高温高频高功率微电子器件、紫外透明导电电极的优选半导体材料。

氧化镓作为目前最新型的第四代超宽禁带半导体材料，在信息、能源、国防、交通、制造等高新技术产业领域具有不可取代的重要作用。生产高纯氧化镓，通常以高纯金属镓或镓盐为原料，首先制备化学纯度和物理规格符合要求的羟基氧化镓前驱体，再进一步经高温煅烧获得高纯氧化镓。因此，制备合格的羟基氧化镓是生产氧化镓的必要条件和技术核心。

经检索，中国专利申请号为201210542115.4的申请案公开了一种电化学制备羟基氧化镓的方法，以金属镓为阳极在碱液电解质中进行三段电解得到镓酸钠溶液，进一步进行中和、洗涤、干燥获得了羟基氧化镓。该方法虽能获得高纯度产品，但电解金属镓获得镓酸钠溶液再中和沉淀羟基氧化镓的工艺不仅流程长、操作复杂，且能耗较高，经济性不佳。

中国专利申请号为201810752162.9的申请案公开了一种制备氧化镓的方法，以硫酸和双氧水为溶解剂与金属镓反应生成硫酸镓溶液，再进一步结晶析出硫酸镓晶体，经高温煅烧得到氧化镓粉末。该方案由于采用的是反应活性相对较低的硫酸，在浸出时需加入双氧水促进金属镓的溶解过程，试剂成本较高，且在硫酸镓高温煅烧制备氧化镓过程会产生SO₂烟气，环保压力较大。

中国专利申请号为201711418839.7和201710311705.9的申请案公开了以金属镓为原料制备羟基氧化镓的方法，优选地以硝酸为溶解剂与金属镓反应生成硝酸镓溶液，再进一步向溶液中滴加碱液进行中和，经陈化后得到羟基氧化镓粉体；中国专利申请号为202010436819.8的申请案在此基础上提出在制备硝酸镓溶液阶段加入十二烷基苯磺酸等表面活性剂，以促进下一阶段中和沉淀羟基氧化镓过程；以上三个申请案均是基于金属镓酸溶、碱中和的基本思路制备羟基氧化镓，涉及大量酸、碱等试剂的消耗，不仅试剂成本高，易引入杂质，影响产品纯度，且酸碱无法回收，产生高盐废水难以处理。

中国专利申请号为201210313080.7的申请案公开了一种羟基氧化镓纳米晶体的制备方法，以氯化镓的苯饱和溶液和十六烷基三甲基溴化铵为原料，在高压反应釜中160-200℃温度下反应10-18h，成功得到了羟基氧化镓纳米晶体，但该方法能耗高、对设备要求高，且易产生难处理的有机废水，环保压力较大。

中国专利申请号为201910971014.0和201510835364.6的申请案公开了基于水热反应的短流程制备羟基氧化镓方法，以金属镓为原料与水直接反应获得了羟基氧化镓粉体，但金属镓与水的反应需要在150℃以上的高温、高压条件下进行，不仅能耗较高，且需要成本较高的压力反应设备，而且机械搅拌的方式无法将液态金属镓充分打散、搅匀，导致水热反应难以进行彻底，且无法获得形貌和尺寸均一的羟基氧化镓粉体材料。