[发明专利]一种二硫化硅及其制备方法

说明书

本发明公开了一种二硫化硅及其制备方法，所述制备方法包括：以摩尔比为1:3.0‑4.0的硅粉和硫粉为反应原料，将反应原料在温度为725‑825℃下使硫转化成硫蒸气，保持在硫蒸气的压力为2.2‑3.2MPa的条件下煅烧2h以上。该方法的原料经济安全、制备流程简捷、制备时间短和工艺稳定性高，所得SiSsubgt;2/subgt;粉末具有可控的棒形显微结构、高的相纯度和化学纯度，从而具有很强的产业化应用前景。

技术领域

本发明涉及一种二硫化硅及其制备方法，属于二硫化硅材料制备领域。

背景技术

二硫化硅(SiS₂)是一种用于基础研究和应用研究的重要人工化合物，也是硫化物基固态电解质的重要原料之一，其易水解、可释放出H₂S有毒气体，现有制备技术和工艺复杂，产率低，导致其价格居高不下，极大阻碍了相关领域的研发进展。

SiS₂有五种同质多晶体，其中最稳定相(常温常压相)是正交晶系的NP相，它在常压或低压下合成(1-32个大气压，390-1500℃)，另有4种介稳的高压相，分别为单斜晶系的HP1相和HP2相、四方晶系的HP3相和三方晶系的HP4相。其中HP1、HP2和HP3可通过高温高压合成(2.8-7.5GPa，1100-1430℃；1GPa约为一万个大气压)再淬冷至常温常压制得，而HP4相只能在高压(27.5-29.6GPa，室温)保压下存在。

现有正交晶系SiS₂(NP相)的制备方法主要有两大类：

1.“化合物法”——采用的原料中至少有一种是化合物，如硅化合物(硅酸盐、氧化硅、硅化物、碳(氮)化硅、卤化硅、有机硅、硅铝共晶物)或硫化合物(H₂S,CS₂,Al₂S₃,S₂Cl₂,Li₂S)。

(1.1)硅酸盐、碳与硫源(S,H₂S,CS₂)反应的制备方法(Tiede E,et al.,Ber.Dtsch.Chern.Ges.,1926,59:1703；Haas A,Angew.Chem.Int’l Ed.Engl.,1965,4:1014)；

(1.2)氧化硅(SiO₂)与硫化铝(Al₂S₃)在酒石酸/惰性气体中反应(1100℃)的制备方法(Tiede E等，同上；Haas A，同上；Peters J,et al.,Acta Cryst.Sect.B,1982,38:1270)；

(1.3)硅化物(Mg₂Si,CaSi₂)与硫源(S,H₂S,CS₂,S₂Cl₂)反应的制备方法(Haas A，同上)；

(1.4)碳(氮)化硅(SiC/Si₃N₄)与CS₂反应(900-1000℃保温4小时)的制备方法(Suzuki R O,et al.,Metall.Mater.Trans.B.,2021,52:1379)；

(1.5)卤化硅(SiCl₄)与Li₂S反应的制备方法(梁初等，中国发明专利，申请号201910792182.3,2019.8.26)；

(1.6)有机硅(C₂H₅S)₄Si直接热解或与单质S反应的制备方法(Behrens H,et al.,Chem.Ber.,1962,95:487)；

(1.7)硅铝共晶合金与CS₂反应(1000℃保温24小时)的制备方法(Suzuki R O等，同上)；