[发明专利]一种纯相的金属硅化物的制备方法

说明书

一种纯相的金属硅化物的制备方法，属于无机化学领域。本发明利用金属氯化物、硅粉、镁粉为原料的镁热还原反应，通过灵活地选择金属元素种类和改变煅烧温度，合成不同相的金属硅化物，包括TiS_i2、ZrSi₂、VSi₂、NbSi₂、TaSi₂、CrSi₂、MoSi₂、WSi₂、FeSi₂、CoSi₂、NiSi₂、PtSi、IrSi、RuSi和Pd₂Si等。该方法和传统的单质反应途径相比，显著降低了反应焓，合成条件比较温和。该方法的副反应产物MgCl₂容易清洗，方便得到纯相；合成周期短，重复性好，易于大规模生产。

技术领域

本发明属于无机化学领域，具体涉及一种纯相的金属硅化物的简单、普适的制备方法。

背景技术

硅化物是指金属和硅形成的金属间化合物，具有有序的晶体结构和确定的化学计量配比，是一个庞大的化合物家族。它们通常具有优异的化学稳定性和高温热稳定性、耐腐蚀性、良好的导电性，在电热元件、高温抗氧化层、集成电路、电极抗腐蚀层等方面已经受到广泛研究。近些年，金属硅化物在催化、能源存储等领域展示了重要性能，呈现出十分广阔的应用前景。例如，TiSi₂作为水裂解制氢光催化剂(Angew.Chem.Int.Ed.，2007年46卷7770页)和锂空电池电极材料(J.Am.Chem.Soc.，2014年136卷8903页)；Ni₃₁Si₁₂/Ni₂Si用作加氢反应催化剂(Sci.Adv.，2018年4卷eaat0761页)；NiSi催化剂增强硅光阴极产氢性能(ACSEnergy Lett.，2018年3卷1086页)。

但是，和其他金属化合物(碳化物、硫化物、磷化物等)相比，金属硅化物作为无机功能材料受到相对较少的关注。其中一个重要原因是硅化物在合成上面临挑战。已报道的硅化物样品往往需要极端的高温或高压条件下才能合成得到。尽管有一些方法能够在相对温和的条件下制备硅化物，但仅适用于个别的金属元素和晶相结构。而且，由于很多硅化物的不同晶相之间只存在微小的化学计量差别，合成纯相的目标硅化物产物尤为困难。因此，开发普适的制备技术，系统地合成纯相金属硅化物，对于探索硅化物新的特性和用途具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种纯相的金属硅化物的简单、普适的制备方法。本发明利用金属氯化物、硅粉、镁粉为原料的镁热还原反应，煅烧后得到一系列纯相的金属硅化物，包括TiSi₂、ZrSi₂、VSi₂、NbSi₂、TaSi₂、CrSi₂、MoSi₂、WSi₂、FeSi₂、CoSi₂、NiSi₂、PtSi、IrSi、RuSi和Pd₂Si等。

本发明所述的一种纯相的金属硅化物的制备方法，其步骤如下：

(1)将摩尔量n_a的无水金属氯化物盐，摩尔量n_b的硅粉和摩尔量n_c的镁粉研磨混合后，转移到石英管中；

(2)将步骤(1)中装有混合物的石英管在真空度小于1Pa的条件下密封后，在一定温度下煅烧，然后冷却至室温；

(3)将步骤(2)中煅烧得到的粉末样品在一定浓度的酸性(或碱性)溶液中浸泡，除去副产物MgCl₂和过量的镁粉或硅粉；再使用水和乙醇离心清洗3～5次，最后置于真空条件下烘干，即得到本发明所述纯相的金属硅化物。