專利名稱：一種介孔AlN或GaN微粒的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于納米無機(jī)非金屬半導(dǎo)體與光電材料科學(xué)與工程技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種介孔AlN或GaN微粒的制備方法。
背景技術(shù)：
介孔AlN和GaN微粒是一種孔徑介于2nm 50nm之間、具有巨大表面積和三維孔道結(jié)構(gòu)的AlN或GaN微粒。因其高的比表面積、增強(qiáng)的光電響應(yīng)特性、增強(qiáng)的非線性光學(xué)特性以及光催化特性等，在儲(chǔ)氫、燃料電池、光催化裂解水、紫外探測與傳感器以及非線性光學(xué)等領(lǐng)域具有極大的應(yīng)用前景。故對介孔AlN或GaN微粒的研究已成為介孔半導(dǎo)體研究領(lǐng)域的一個(gè)重要研究熱點(diǎn)。然而現(xiàn)有的多孔AlN或GaN微粒的制備方法，還不能經(jīng)濟(jì)、有效地制備出孔大小為介孔的多孔AlN或GaN微粒，從而限制了多孔AlN或GaN微粒在實(shí)際中的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種介孔AlN或GaN微粒的制備方法，解決了現(xiàn)有制備技術(shù)制備出的介孔AlN或GaN微粒的孔徑、孔占有空間及孔的比表面積無法達(dá)到相關(guān)領(lǐng)域需求， 在實(shí)際中無法應(yīng)用的問題。本發(fā)明采用的技術(shù)方案為，一種介孔AlN或GaN微粒的制備方法，包括以下操作步驟步驟1，原料配制稱取原料，原料由A組份和B組份組成，A組分中所含Al或( 的摩爾量與B組分所含的N的摩爾量相同；A組份為純度不低于無水的工業(yè)純級(jí)的A1C13、AlBr3或Alj3中的一種，或純度不低于無水的工業(yè)純級(jí)的GaCl3或GaBr3中的一種；B組份為純度不低于工業(yè)純級(jí)的Μ&Ν2、Ca3N2或Li3N的一種；步驟2，A、B組分混合把步驟1稱量好的Α、Β組分裝入球磨罐，加入磨球并蓋上球磨罐蓋，使球磨罐內(nèi)呈密封狀態(tài)，然后把密封的球磨罐裝在球磨機(jī)上以400r/min 800r/min球磨2 5h，使得 A、B組分混合均勻；步驟3 介孔AlN或GaN的合成把經(jīng)步驟2球磨混合均勻的A組分和B組分的混合物裝入反應(yīng)容器，然后密封反應(yīng)容器，把密封的反應(yīng)容器放入電加熱爐，然后以300°C /h 500°C /h加熱速度加熱到 600 900°C，再在該溫度下保溫2 8h以使反應(yīng)充分進(jìn)行；步驟4 介孔AlN或GaN微粒的分離把步驟3得到的反應(yīng)產(chǎn)物用稀酸浸泡1 2h，使其中的副產(chǎn)物充分溶解在酸中，然后對溶液進(jìn)行抽濾，即獲得介孔AlN或GaN微粒；
3
步驟5:干燥將步驟4制得的介孔AlN或GaN微粒在干燥箱中于80 200°C的溫度下干燥2 4小時(shí)，即完成。本發(fā)明的特點(diǎn)還在于，步驟2中的磨球?yàn)樘沾赡デ颍仪蛄媳葹? 1 10 1。步驟3中保溫時(shí)間與反應(yīng)溫度成反比，反應(yīng)溫度越高，保溫時(shí)間越短，反應(yīng)溫度越低，保溫時(shí)間越長。步驟4中的稀酸為0. lmol/L lmol/L的稀鹽酸或稀硫酸。本發(fā)明的方法能有效地制備出孔徑小、孔占有空間大、孔的比表面積大的介孔AlN 或GaN微粒，為介孔AlN或GaN微粒在儲(chǔ)氫、燃料電池、光催化裂解水、紫外探測與傳感器以及非線性光學(xué)等領(lǐng)域的應(yīng)用及其推動(dòng)這些領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)步提供了良好的基礎(chǔ)。


圖1是利用本發(fā)明方法分別制備出的介孔AlN與GaN微粒的TEM照片，其中圖a 為AlN微粒的TEM照片，圖b為GaN微粒的TEM照片。圖2是用BET測試本發(fā)明的方法得到的微粒中的孔及其分布圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。本發(fā)明提供一種介孔AlN或GaN微粒的制備方法，通過固相復(fù)分解反應(yīng)制備介孔 AlN或GaN微粒，包括以下操作步驟步驟1，原料配制原料由A組份和B組份組成，A組分中所含Al或( 的摩爾量與B組分所含的N的摩爾量相同；A組份為純度不低于無水的工業(yè)純級(jí)的A1C13、AlBr3或Alj3中的一種，或純度不低于無水的工業(yè)純級(jí)的GaCl3或GaBr3中的一種；B組份為純度不低于工業(yè)純級(jí)的Μ&Ν2、Ca3N2或Li3N的一種；步驟2，A、B組分混合把步驟1稱量好的Α、Β組分裝入球磨罐，按照球料比為5 1 10 1加入陶瓷磨球并蓋上球磨罐蓋，使球磨罐內(nèi)呈密封狀態(tài)，然后把密封的球磨罐裝在球磨機(jī)上以400r/ min 800r/min球磨2 釙，使得A、B組分混合均勻；步驟3 介孔AlN或GaN的合成把經(jīng)步驟2球磨混合均勻的A組分和B組分的混合物裝入反應(yīng)容器，然后密封反應(yīng)容器，把密封的反應(yīng)容器放入電加熱爐，然后以300°C /h 500°C /h加熱速度加熱反應(yīng)容器到600 900°C，再在該溫度下保溫2 他以使反應(yīng)充分進(jìn)行，其中保溫時(shí)間與反應(yīng)溫度成反比，反應(yīng)溫度越高，保溫時(shí)間越短，反應(yīng)溫度越低，保溫時(shí)間越長；步驟4 介孔AlN或GaN微粒的分離把步驟3得到的反應(yīng)產(chǎn)物用0. lmol/L lmol/L的稀鹽酸或稀硫酸浸泡1 池， 使其中的副產(chǎn)物充分溶解在酸中，然后對溶液進(jìn)行抽濾，即獲得介孔AlN或GaN微粒；
步驟5 干燥將步驟4制得的介孔AlN或GaN微粒在干燥箱中于80 200°C的溫度下干燥2 4小時(shí)，即完成。實(shí)施例1一種固相復(fù)分解反應(yīng)制備介孔AlN微粒的方法，包括以下操作步驟步驟1，原料配制分別稱取5g無水工業(yè)純純AlCl3 (即Al的摩爾量為0. 0374mol)和1. 86g工業(yè)純級(jí)Mg3N2 (即N的摩爾量為0. 0374mol)。步驟2，AlCl3 與 Mg3N2 的混合；把5g AlCl3和1.868 Mg諷裝入球磨罐，按球料比為5 1的要求放入陶瓷研磨球，蓋上球磨罐蓋，然后把密封的球磨罐裝在球磨機(jī)上以600r/min球磨2h，使得AlCl3和 Mg3N2混合均勻；步驟3:介孔AlN合成把球磨混合均勻的AlCl3和Mg3N2的混合物裝入反應(yīng)容器，然后密封反應(yīng)容器。把密封的反應(yīng)容器放入電加熱爐，以300°C /h加熱速度加熱反應(yīng)容器到600°C，再在該溫度下保溫他以使反應(yīng)充分進(jìn)行。步驟4 介孔AlN微粒的分離把反應(yīng)產(chǎn)物用0. 5M的稀鹽酸浸泡1小時(shí)，使其中的副產(chǎn)物MgCl2充分溶解在稀鹽酸酸中，然后對溶液進(jìn)行抽濾，即獲得介孔AlN微粒。5 介孔AlN微粒的干燥介孔AlN微粒在干燥箱中于80°C干燥4小時(shí)即可。實(shí)施例2一種固相復(fù)分解反應(yīng)制備介孔AlN微粒的方法，包括以下操作步驟步驟1，原料配制分別稱取IOg無水分析純AlCl3 (即Al的摩爾量為0. 0748mol)和1. 30g工業(yè)純級(jí)Li3N(即N的摩爾量為0. 0748mol)。步驟2，AlCl3與Li3N的混合；把10gAlCldP1.30g Li3N裝入球磨罐，按球料比為8 1的要求放入陶瓷研磨球， 蓋上球磨罐蓋，然后把密封的球磨罐裝在球磨機(jī)上以400r/min球磨證，使得AlCl3與Li3N 混合均勻；步驟3 介孔AlN的合成把球磨混合均勻的AlCl3與Li3N的混合物裝入反應(yīng)容器，然后密封反應(yīng)容器。把密封的反應(yīng)容器放入電加熱爐，以500°C /h加熱速度加熱反應(yīng)容器到900°C，再在該溫度下保溫池以使反應(yīng)充分進(jìn)行。步驟4 介孔AlN微粒的分離把反應(yīng)產(chǎn)物用0. lmol/L的稀鹽酸浸泡1. 5小時(shí)，使其中的副產(chǎn)物L(fēng)iCl充分溶解在稀鹽酸酸中，然后對溶液進(jìn)行抽濾，即獲得介孔AlN微粒。5 介孔AlN微粒的干燥介孔AlN微粒在干燥箱中于150°C干燥3小時(shí)即可。
實(shí)施例3一種固相復(fù)分解反應(yīng)制備介孔AlN微粒的方法，包括以下操作步驟步驟1，原料配制分別稱取30g無水化學(xué)純AlCl3 (即Al的摩爾量為0. 224mol)和14. 4g分析純級(jí) Ca3N2 (即N的摩爾量為0. 224mol)。步驟2，AlCl3 與 Cei3N2 的混合；把30g AlCl3和14. 4g Ca3N2裝入球磨罐，按球料比為6 1的要求放入陶瓷研磨球，蓋上球磨罐蓋，然后把密封的球磨罐裝在球磨機(jī)上以600r/min球磨4h，使得AlCl3與 Ca3N2混合均勻；步驟3 介孔AlN的合成把球磨混合均勻的AlCl3與Ca3N2的混合物裝入反應(yīng)容器，然后密封反應(yīng)容器。把密封的反應(yīng)容器放入電加熱爐，以400°C /h加熱速度加熱反應(yīng)容器到800°C，再在該溫度下保溫3. 5h以使反應(yīng)充分進(jìn)行。步驟4 介孔AlN微粒的分離把反應(yīng)產(chǎn)物用0. 8mol/L的稀鹽酸浸泡2小時(shí)，使其中的副產(chǎn)物CaCl2充分溶解在稀鹽酸酸中，然后對溶液進(jìn)行抽濾，即獲得介孔AlN微粒。5 介孔AlN微粒的干燥介孔AlN微粒在干燥箱中于200°C干燥2小時(shí)即可。實(shí)施例4—種固相復(fù)分解反應(yīng)制備介孔AlN微粒的方法，包括以下操作步驟步驟1，原料配制分別稱取20g無水化學(xué)純級(jí)AlBr3 (即Al的量為0. 0749mol和5. 75g分析純級(jí) Ca3N2 (即 N 的量為 0. 0749mol)。步驟2，AlBr3 與 Cei3N2 的混合；把20g AlBr3和5. 75g Ca3N2裝入球磨罐，按球料比為8 1的要求放入陶瓷研磨球，蓋上球磨罐蓋，然后把密封的球磨罐裝在球磨機(jī)上以800r/min球磨2h，使得AlBr3與 Ca3N2混合均勻；步驟3 介孔AlN的合成把球磨混合均勻的AlBr3與Ca3N2的混合物裝入反應(yīng)容器，然后密封反應(yīng)容器。把密封的反應(yīng)容器放入電加熱爐，以600°C /h加熱速度加熱反應(yīng)容器到800°C，再在該溫度下保溫4h以使反應(yīng)充分進(jìn)行。步驟4 介孔AlN微粒的分離把反應(yīng)產(chǎn)物用lmol/L的稀鹽酸浸泡1小時(shí)，使其中的副產(chǎn)物CaBr2充分溶解在稀鹽酸酸中，然后對溶液進(jìn)行抽濾，即獲得介孔AlN微粒。5 介孔AlN微粒的干燥介孔AlN微粒在干燥箱中于100°C干燥4小時(shí)即可。實(shí)施例5一種固相復(fù)分解反應(yīng)制備介孔AlN微粒的方法，包括以下操作步驟步驟1，原料配制
分別稱取IOg無水分析純Al2S3 (即Al的量為0. 125mol)和9. 30g (即Al的量為 0. 125mol)化學(xué)純級(jí) Cei3N2。步驟2，Al2S3 與 Ca3N2 的混合；把IOg AlBr3和9. 30g Ca諷裝入球磨罐，按球料比為10 1的要求放入陶瓷研磨球蓋上球磨罐蓋，然后把密封的球磨罐裝在球磨機(jī)上以600r/min球磨4h，使得Alj3與 Ca3N2混合均勻；步驟3 介孔AlN的合成把球磨混合均勻的Alj3與Ca3N2的混合物裝入反應(yīng)容器，然后密封反應(yīng)容器。把密封的反應(yīng)容器放入電加熱爐，以450°C /h加熱速度加熱反應(yīng)容器到700°C，再在該溫度下保溫他以使反應(yīng)充分進(jìn)行。步驟4 介孔AlN微粒的分離把反應(yīng)產(chǎn)物用0. 2mol/L的稀鹽酸浸泡2小時(shí)，使其中的副產(chǎn)物CaS充分溶解在稀鹽酸酸中，然后對溶液進(jìn)行抽濾，即獲得介孔AlN微粒。5 介孔AlN微粒的干燥介孔AlN微粒在干燥箱中于100°C干燥4小時(shí)即可。實(shí)施例6一種固相復(fù)分解反應(yīng)制備介孔GaN微粒的方法，包括以下操作步驟步驟1，原料配制分別稱取30g無水工業(yè)純feiCl3(即( 的量0. 170mol)為和8. 40g化學(xué)純級(jí) Mg3N2 (即 N 的量 0. 169mol)。步驟2，GaCl3與1%諷的混合；把30g GaCl3和8. 40g Mg諷裝入球磨罐，蓋上球磨罐蓋，然后把密封的球磨罐裝在球磨機(jī)上以400r/min球磨池，使得GaCl3與Mg3N2混合均勻；步驟3 介孔GaN的合成把球磨混合均勻的GaCl3與Mg3N2的混合物裝入反應(yīng)容器，按球料比為7 1的要求放入陶瓷研磨球，然后密封反應(yīng)容器。把密封的反應(yīng)容器放入電加熱爐，以500°C /h加熱速度加熱反應(yīng)容器到750°C，再在該溫度下保溫他以使反應(yīng)充分進(jìn)行。步驟4 介孔GaN微粒的分離把反應(yīng)產(chǎn)物用0. 5mol/L的稀鹽酸浸泡1小時(shí)，使其中的副產(chǎn)物MgCl2充分溶解在稀鹽酸酸中，然后對溶液進(jìn)行抽濾，即獲得介孔GaN微粒。5 介孔GaN微粒的干燥介孔GaN微粒在干燥箱中于100°C干燥3小時(shí)即可。實(shí)施例7一種固相復(fù)分解反應(yīng)制備介孔GaN微粒的方法，包括以下操作步驟步驟1，原料配制分別稱取17. 7g無水化學(xué)純級(jí)GaCl3 (即Ga的量為0. IOmol)和7. 40g分析純級(jí) Ca3N2 (即 N 的量為 0. IOmol)。步驟2，GaCl3 與 Cei3N2 的混合；把17. 7g GaCl3和7. 04g Ca諷裝入球磨罐，按球料比為10 1的要求放入陶瓷研磨球，蓋上球磨罐蓋，然后把密封的球磨罐裝在球磨機(jī)上700r/min球磨池，使得GaCl3與 Ca3N2混合均勻；步驟3 介孔GaN的合成把球磨混合均勻的GaCl3與Ca3N2的混合物裝入反應(yīng)容器，然后密封反應(yīng)容器。把密封的反應(yīng)容器放入電加熱爐，以600°C /h加熱速度加熱反應(yīng)容器到850°C，再在該溫度下保溫4h以使反應(yīng)充分進(jìn)行。步驟4 介孔GaN微粒的分離把反應(yīng)產(chǎn)物用0. 2mol/L的稀硫酸浸泡1. 5小時(shí)，使其中的副產(chǎn)物CaCl2充分溶解在稀鹽酸酸中，然后對溶液進(jìn)行抽濾，即獲得介孔GaN微粒。5 介孔GaN微粒的干燥介孔GaN微粒在干燥箱中于200°C干燥2小時(shí)即可。實(shí)施例8一種固相復(fù)分解反應(yīng)制備介孔GaN微粒的方法，包括以下操作步驟步驟1，原料配制分別稱取5g無水分析純GaBr3 (即Ga的量為0. 02mol)和0. 82g化學(xué)純級(jí)Li3N (即 N 的量為 0. 02mol)。步驟2，GaBr3與Li3N的混合；把6. 20g GaCl3和0.828 Li3N裝入球磨罐，蓋上球磨罐蓋，按球料比為8 1的要求放入陶瓷研磨球，然后把密封的球磨罐裝在球磨機(jī)上以600r/min球磨4h，使得GaBr3與 Li3N混合均勻；步驟3 介孔GaN的合成把球磨混合均勻的GaBr3與Li3N的混合物裝入反應(yīng)容器，然后密封反應(yīng)容器。把密封的反應(yīng)容器放入電加熱爐，以400°C /h加熱速度加熱反應(yīng)容器到650°C，再在該溫度下保溫幾以使反應(yīng)充分進(jìn)行。步驟4 介孔GaN微粒的分離把反應(yīng)產(chǎn)物用0. 8mol/L的稀硫酸浸泡1小時(shí)，使其中的副產(chǎn)物L(fēng)iCl充分溶解在稀鹽酸酸中，然后對溶液進(jìn)行抽濾，即獲得介孔GaN微粒。5 介孔GaN微粒的干燥介孔GaN微粒在干燥箱中于120°C干燥4小時(shí)即可。如圖1所示，圖a和圖b是利用本發(fā)明方法分別制備出的介孔AlN與GaN微粒的 TEM照片，其中的孔如圖中箭頭所示。如圖2所示，圖中是用BET測試得到的微粒中的孔及其分布圖。由圖可知微粒中的孔分布基本集中在2 50nm范圍內(nèi)。綜合圖1和圖2可以看出，利用本發(fā)明制備方法得到的AlN或GaN微粒內(nèi)包含有孔徑在2 50nm左右的孔。利用本發(fā)明的制備方法，在氣密封性能良好的密封反應(yīng)容器中于600 900°C溫度范圍內(nèi)，制備出了比表面積大于100m2/g、孔徑在2 50nm范圍內(nèi)的介孔AlN或GaN微粒。 由于本發(fā)明能有效地制備出孔徑小，孔占有空間大，比表面積大的介孔AlN或GaN微粒，為多孔AlN或GaN微粒在儲(chǔ)氫、燃料電池、光催化裂解水、紫外探測與傳感器以及非線性光學(xué)等領(lǐng)域的應(yīng)用及其推動(dòng)這些領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)步提供了良好的基礎(chǔ)。
權(quán)利要求
1.一種介孔AlN或GaN微粒的制備方法，其特征在于，包括以下操作步驟步驟1，原料配制稱取原料，原料由A組份和B組份組成，A組分中所含Al或( 的摩爾量與B組分所含的N的摩爾量相同；A組份為純度不低于無水的工業(yè)純級(jí)的A1C13、AlBr3或Alj3中的一種，或純度不低于無水的工業(yè)純級(jí)的GaCl3或GaBr3中的一種；B組份為純度不低于工業(yè)純級(jí)的Mg3N2、Ca3N2或Li3N的一種；步驟2，A、B組分混合把步驟1稱量好的A、B組分裝入球磨罐，加入磨球并蓋上球磨罐蓋，使球磨罐內(nèi)呈密封狀態(tài)，然后把密封的球磨罐裝在球磨機(jī)上以400r/min 800r/min球磨2 證，使得A、B組分混合均勻；步驟3 介孔AlN或GaN的合成把經(jīng)步驟2球磨混合均勻的A組分和B組分的混合物裝入反應(yīng)容器，然后密封反應(yīng)容器，把密封的反應(yīng)容器放入電加熱爐，然后以300°C /h 500°C /h加熱速度加熱到600 900°C，再在該溫度下保溫2 他以使反應(yīng)充分進(jìn)行；步驟4 介孔AlN或GaN微粒的分離把步驟3得到的反應(yīng)產(chǎn)物用稀酸浸泡1 池，使其中的副產(chǎn)物充分溶解在酸中，然后對溶液進(jìn)行抽濾，即獲得介孔AlN或GaN微粒；步驟5 干燥將步驟4制得的介孔AlN或GaN微粒在干燥箱中于80 200°C的溫度下干燥2 4小時(shí)，即完成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟2中的磨球?yàn)樘沾赡デ?，且球料比?5 1 10 1。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟3中保溫時(shí)間與反應(yīng)溫度成反比，反應(yīng)溫度越高，保溫時(shí)間越短，反應(yīng)溫度越低，保溫時(shí)間越長。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟4中的稀酸為0.lmol/L lmol/L的稀鹽酸或稀硫酸。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種介孔AlN或GaN微粒的制備方法，其原料由A組份和B組份組成，A組份為AlCl3、AlBr3、Al2S3、GaCl3或GaBr3的一種，B組份為Mg3N2、Ca3N2或Li3N的一種，Al或Ga與N的摩爾量相同；A、B組分裝入球磨罐密封后球磨，然后裝入反應(yīng)容器，放入電加熱爐中加熱后保溫，然后用稀酸浸泡，對溶液進(jìn)行抽濾即得介孔AlN或GaN微粒；最后干燥即完成。本發(fā)明能有效地制備出孔徑小，孔占有空間大，孔的比表面積大的介孔AlN或GaN微粒，為儲(chǔ)氫、燃料電池、光催化裂解水、紫外探測與傳感器以及非線性光學(xué)等領(lǐng)域的應(yīng)用及其推動(dòng)這些領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)步提供了良好的基礎(chǔ)。
文檔編號(hào)C01B21/072GK102502534SQ20111036783
公開日2012年6月20日 申請日期2011年11月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月18日
發(fā)明者顏國君 申請人:西安理工大學(xué)