一种采用固定床催化制备高纯黑磷的方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN110467165A(43)申请公布日2019.11.19(21)申请号201910806415.0(22)申请日2019.08.29(71)申请人昆明理工大学地址650093云南省昆明市五华区学府路253号(72)发明人廉培超侯冉冉梅毅赵俊平何路东(51)Int.Cl.C01B25/02(2006.01)权利要求书1页说明书5页附图3页(54)发明名称一种采用固定床催化制备高纯黑磷的方法(57)摘要本发明公开一种采用固定床催化制备高纯黑磷的方法，气态磷从底部进入固定床反应器，固定床反应器内装有固态催化剂，在固态催化剂的作用下，气态磷分子转化为气态黑磷分子；气态黑磷分子从固定床反应器顶部进入黑磷结晶器，固定床反应器连接两个黑磷结晶器，当一个黑磷结晶器收集满之后关闭该黑磷结晶器管道阀门，开启另一个黑磷结晶器管道阀门，该黑磷结晶器进行收集，两个黑磷结晶器轮流连续收集，黑磷结晶器中的气态黑磷冷凝为黑磷晶体，未被催化反应的气态磷返回固定床反应器中；本发明不仅能够制备出高纯块状黑磷，还能通过调控结晶温度和时间制备出高纯纳米黑磷，并且催化剂损耗小，制备成本低，操作简单。CN110467165ACN110467165A权利要求书1/1页1.一种采用固定床催化制备高纯黑磷的方法，其特征在于，具体包括以下步骤：气态磷从底部进入固定床反应器，固定床反应器内装有固态催化剂，在固态催化剂的作用下，气态磷分子转化为气态黑磷分子；气态黑磷分子从固定床反应器顶部进入黑磷结晶器，固定床反应器连接两个黑磷结晶器，当一个黑磷结晶器收集满之后关闭该黑磷结晶器管道阀门，开启另一个黑磷结晶器管道阀门，该黑磷结晶器进行收集，两个黑磷结晶器轮流连续收集，黑磷结晶器中的气态黑磷冷凝为黑磷晶体，未被催化反应的气态磷返回固定床反应器中。2.根据权利权要求1所述采用固定床催化制备高纯黑磷的方法，其特征在于，气态磷为磷化氢、黄磷气体或红磷气体。3.根据权利权要求1所述采用固定床催化制备高纯黑磷的方法，其特征在于，固态催化剂为AxByCz，A为P，B为Se或I，C为Sn、Ga、Bi、Ge、In、Pb、Cd、Ti中一种或者几种任意比例组成，x:y=2~3:1，z:y=2~15:1。4.根据权利权要求3所述采用固定床催化制备高纯黑磷的方法，其特征在于，固态催化剂的制备方法为：按比例称取原材料并混匀后，在氩气气氛，200~550℃煅烧8~22h，然后降至室温，重复以上升降温过程1~4次。5.根据权利权要求1所述采用固定床催化制备高纯黑磷的方法，其特征在于，催化反应器内温度为400~700℃，保温时间为0.5~30min。6.根据权利权要求1所述采用固定床催化制备高纯黑磷的方法，其特征在于，黑磷结晶器内温度为200~600℃，保温时间为1~60min。2CN110467165A说明书1/5页一种采用固定床催化制备高纯黑磷的方法技术领域[0001]本发明涉及一种采用固定床催化制备高纯黑磷的方法，属于磷化工新材料技术领域。背景技术[0002]黑磷在常温常压下是一种热力学稳定的磷的同素异形体，大量的理论和实验结果表明黑磷具有很多优异的性能，例如高度的各向异性、较高的载流子迁移率和开关比、层数可调的直接带隙、极好的生物相容性等，在场效应晶体管、太阳能电池、储能电池、生物医药、传感器、催化等领域展现出了很好的应用前景。[0003]但是黑磷的应用受限于其制备方法。迄今为止，黑磷制备已开发了多种方法，高压法是最早用来制备黑磷的方法，CN102491294A公开了一种用高压法制备锂离子电池负极材料黑磷的方法，该方法得到的黑磷结晶性较好，但需要用到超高压设备，制备条件苛刻，制备成本较高。之后，研究人员又相继探索出了铋熔化法、汞催化法、球磨法来制备黑磷。其中，铋熔化法、汞催化法得到的黑磷纯度较高，但引入了有毒金属。CN106185849A公开了一种球磨制备纳米级黑磷的方法，但是黑磷的结晶性不好，对黑磷后续的应用不利。而且，以上方法都只能间歇式制备黑磷，很难进行工业化连续生产。CN108128761A公开了一种连续化制备黑磷的方法，然而黑磷在生长过程中矿化剂以气态形式存在，降温时矿化剂会冷凝，从而导致黑磷中存在杂质，纯度不高，且催化剂冷凝后，不能循环至反应器再次参与反应，造成催化剂损失，从而导致黑磷的生产成本较高。因此，开发一种连续化制备高纯黑磷的方法对促进黑磷的应用以及推动磷化工行业的发展具有重要意义。发明内容[0004]针对黑磷现有制备方法存在的问题，本发明提出一种采用固定床催化制备高纯黑磷的方法，不仅能够稳定、高效的实现连续化制备高纯黑磷，还能够调控结晶时间以及结晶器温度制得纳米黑磷，并且制备的纳米黑磷纯度高，成本低，简单易操作，