一种纯相二氮化钼的高压制备方法

摘要

一种纯相二氮化钼的高压制备方法，其特征在于该方法依次包括以下步骤：(1)以钼酸钠、氮化硼或氮化硅的为原料，按比例称取研磨混合均匀后压制成成型物；(2)将成型物装入高压组装，高压组装置于高压压力机中进行加压加热，压力为1‑5GPa，温度为400‑600°C，保温时间15‑30分钟，保温结束后冷却卸压并取出成型物；(3)将步骤(2)获得的成型物经研磨后用40‑80°C的热蒸馏水洗涤10‑60分钟，再离心分离出固形物；(4)将步骤(3)获得的固形物置于40‑80°C干燥箱中干燥2‑6小时，即获得二氮化钼粉末；其中，钼酸钠与氮化硼按摩尔比1.1‑3.0:2.0研磨混合，钼酸钠与氮化硅按摩尔比2.0‑2.5:1.0研磨混合。其优点是：方法简单，易于实施，可以快速批量制备纯相二氮化钼，具有很好的工业应用前景。

权利要求

1.一种纯相二氮化钼的高压制备方法，其特征在于该方法依次包括以下步骤：(1)以钼酸钠、氮化硅为原料，按比例称取研磨混合均匀后压制成成型物；

(2)将成型物装入高压组装，高压组装采用石墨管作为加热部件，氯化钠作为传压介质，高压组装置于高压压力机中进行加压加热，压力为1-5GPa，温度为400-600°C，保温时间

15-30分钟，保温结束后冷却卸压并取出成型物；

(3)将步骤(2)获得的成型物经研磨后用40-80°C的热蒸馏水洗涤10-60分钟，再离心分离出固形物；

(4)将步骤(3)获得的固形物置于40-80°C干燥箱中干燥2-6小时，即获得二氮化钼粉末；

其中，钼酸钠与氮化硅按摩尔比2.0-2.5:1.0研磨混合。

2.根据权利要求1所述的一种纯相二氮化钼的高压制备方法，其特征在于洗涤、离心分离操作共循环3-5次。

3.根据权利要求1所述的一种纯相二氮化钼的高压制备方法，其特征在于洗涤方式是超声或搅拌清洗。

说明书

一种纯相二氮化钼的高压制备方法

技术领域

[0001] 本发明属于过渡金属氮化物粉体材料制备领域，具体为一种纯相二氮化钼的高压制备。

背景技术

[0002] 过渡金属氮化物因其优异的催化性能(加氢处理、光和电化学催化等)在过去十多年里受到了广泛关注。特别地，它们还具有优异的抗硫中毒性能，在催化领域可作为贵金属的替代品。钼的氮化物在一些反应中如脱氢和氢解具有与铂系金属类似的催化特性。

[0003] MoN2是一种新型层状结构化合物，其与MoS2具有类似的层状结构，其对硫芴的加氢脱硫催化活性是MoS2的三倍，并且对一氧化碳与氢气合成甲烷也具有非常好的催化活性，是一种倍具应用前景的催化剂材料。但是其合成条件比较苛刻，目前报道的制备方法为高压制备法 (S.M. Wang, et al. J. Am. Chem. Soc. 2015, 137, 4815-4822)。该方法以钼酸钠和氮化硼为原料，于3.5 GPa的压力、500°C发生化学反应来制备MoN2。但是，该方法在保温时间长达20小时的情况下也难以获得高纯度的产物。

[0004] 因此，发展一种新的、简单的制备方法，对于提高二氮化钼的纯度以及推广应用均有十分重要的意义。

发明内容

[0005] 为了克服二氮化钼现有制备方法难以获得高纯度样品的不足，本发明提供一种纯相二氮化钼的高压制备方法。

[0006] 本发明的制备方法以碱金属钼酸盐与氮化硼或氮化硅为原料，主要利用钼酸钠与氮化硼或氮化硅在高温高压下发生离子交换反应来合成MoN2，其化学反应方程式为：

[0007] Na2MoO4+2BN=MoN2+2NaBO2

[0008] 或2Na2MoO4+Si3N4=2MoN2+Na2SiO3+Na2Si2O5

[0009] 通过适当过量加入钼源以充分反应来获得纯相产物。

[0010] 具体方法包括以下步骤：：

[0011] (1)以钼酸钠、氮化硼或氮化硅的为原料，按比例称取研磨混合均匀后压制成成型物，一般可以于2-10MPa压力下压制；

[0012] (2)将成型物装入高压组装，高压组装置于高压压力机中进行加压加热，压力为1.0-5.0 GPa，温度为400-600  °C，保温时间15-30分钟，保温结束后冷却卸压并取出成型物；

[0013] (3)将步骤(2)获得的成型物经研磨后用40-80°C的热蒸馏水洗涤10-60分钟，再离心分离出固形物；

[0014] (4)将步骤(3)获得的固形物置于40-80°C干燥箱中干燥2-6小时，即获得二氮化钼粉末；

[0015] 其中，钼酸钠与氮化硼按摩尔比1.1-3.0:2.0研磨混合，钼酸钠与氮化硅按摩尔比2.0-2.5:1.0研磨混合。

[0016] 进一步的方案是：洗涤、离心分离操作共循环3-5次。

[0017] 进一步的方案是：洗涤方式是超声或搅拌清洗。

[0018] 本发明中：洗涤、离心分离的目的是去除残余反应物与反应生成的其他溶于水的杂质(NaBO2和Na2SiO3和Na2Si2O5)。通过适当过量加入钼源以充分反应，从而控制产物的纯度。

[0019] 本发明的制备方法与现有技术相比，方法简单，易于实施，制备的产物具有高纯度，可以快速批量制备纯相二氮化钼，具有很好的工业应用前景。

附图说明

[0020] 图1是本发明实施例1和实施例2制备的MoN2样品的XRD图谱。

[0021] 图2是本发明实施例1和实施例2制备的MoN2 样品的SEM照片。

[0022] 图3是本发明实施例3和实施例4制备的MoN2样品的XRD图谱。

具体实施方式

[0023] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明，但并不意味着对本发明内容的任何限定。以下实施例都是在国产六面顶压机上完成的，所用的钼酸钠在使用前均在190°C干燥箱中烘烤16小时以去除结晶水。

[0024] 实施例1：

[0025] 将无水钼酸钠与分析纯的氮化硼（粒径2微米）按摩尔比1.0:2.0混合，粉压成圆柱状成型物并置于叶腊石高压组装中。组装采用石墨管作为加热部件，氯化钠作为传压介质。合成压力为2.0GPa，温度为500°C，保温时间30分钟，停止加热后成型物自然冷却至室温，卸压、取出成型物后研磨成粉末后于70°C热水中超声清洗30分钟，然后离心分离，重复清洗-离心操作3次，所得固体粉末于60°C干燥箱中干燥3小时。由此获得的MoN2的XRD和SEM分别如图1和图2(a)所示，由图可见，产物为主相为MoN2，其形貌为较厚的片状，同时还存在着少量未反应的BN杂相。

[0026] 实施例2：

[0027] 将无水钼酸钠与分析纯的氮化硼（粒径2微米）按摩尔比1.5:2.0混合，粉压成圆柱状成型物并置于叶腊石高压组装中。组装采用石墨管作为加热部件，氯化钠作为传压介质。合成压力为2.0GPa，温度为500°C，保温时间30分钟，停止加热后成型物自然冷却至室温，卸压、取出成型物后研磨成粉末后于70°C热水中超声清洗30分钟，然后离心分离，重复清洗-离心操作3次，所得固体粉末于60°C干燥箱中干燥3小时。由此获得的MoN2 的XRD和SEM分别如图1和图2(b)所示，由图可见，该条件合成的MoN2为纯相，无任何杂相存在，而且MoN2片层厚度明显减薄，具有一定的褶皱。

[0028] 实施例3：

[0029] 将无水钼酸钠与分析纯的纳米氮化硅按摩尔比6.0:1.0混合，粉压成圆柱状成型物并置于叶腊石高压组装中。组装采用石墨管作为加热部件，氯化钠作为传压介质。合成压力为2.0GPa，温度为500°C，保温时间30分钟，停止加热后成型物自然冷却至室温，卸压、取出成型物后研磨成粉末后于70°C热水中超声清洗30分钟，然后离心分离，重复清洗-离心操作3次，所得固体粉末于60°C干燥箱中干燥3小时。由此获得的MoN2的XRD图3所示，由图可见，产物为主相为SiO2和MoN2混合相。

[0030] 实施例4：

[0031] 将无水钼酸钠与分析纯的纳米氮化硅按摩尔比2.2:1.0混合，粉压成圆柱状成型物并置于叶腊石高压组装中。组装采用石墨管作为加热部件，氯化钠作为传压介质。合成压力为2.0GPa，温度为500°C，保温时间30分钟，停止加热后成型物自然冷却至室温，卸压、取出成型物后研磨成粉末后于60°C热水中超声清洗30分钟，然后离心分离，重复清洗-离心操作3次，所得固体粉末于60°C干燥箱中干燥3小时。由此获得的MoN2的XRD如图3所示，由图可见，产物为纯相MoN2。