本方法屬于合成制備領(lǐng)域，目的在于采用更簡易方法制備二元過渡金屬氮化物，為采用二元過渡金屬氮化物作為原料的進一步實驗研究(如超導(dǎo)電性和催化性能)，提供了簡便和快捷的制備。

背景技術(shù)：

二元過渡金屬氮化物一直以來都受到研究人員的大量關(guān)注。因為這些氮化物一般都具有一些有趣的特性或者較大的潛在研究價值，特別是在催化反應(yīng)和超導(dǎo)研究方面。

目前氮化物的合成常用的方法是讓過渡金屬單質(zhì)或者其前軀體保持在高溫下通氨氣氮化實現(xiàn)。此方法需要一直保持在高溫狀態(tài)通著氨氣長達幾十個小時，氨氣的消耗量也很大，而更需要注意的是，如果氨氣發(fā)生泄漏還會有爆炸的危險。

在常規(guī)氮化反應(yīng)中，氨氣作為氮化源。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對上述問題，本發(fā)明目的在于提供一種更簡易更快捷地制備二元過渡金屬氮化物的方法。

為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種二元過渡金屬氮化物的制備方法，以過渡金屬單質(zhì)為金屬原料，以nh4cl或nh4f作為氮化原料，于真空的密閉容器中進行氮化反應(yīng)，制備二元過渡金屬氮化物，所述過渡金屬元素單質(zhì)為v、nb、ta、cr、mo和w中的一種。

nh4cl在溫度350℃左右可以完全分解為氨氣nh3和hcl，nh4f在接近200℃左右也完全分解出nh3，因此nh4cl或nh4f可以在高溫時作為氮化源對過渡金屬單質(zhì)或者其前軀體進行氮化，制備過渡金屬氮化物。本發(fā)明以nh4cl或nh4f作為氮化原料代替氨氣且本發(fā)明反應(yīng)環(huán)境為真空的密閉環(huán)境，這樣避免了大量氨氣的浪費，而更需要注意的是還避免了使用氨氣時發(fā)生泄漏或倒吸等帶來爆炸的危險。

較佳地，所述真空為＜10pa。

較佳地，所述氮化反應(yīng)為于真空的密閉容器中在700～1000℃下煅燒5～20小時。又，所述密閉容器優(yōu)選為石英玻璃管。

較佳地，所述密閉容器中nh4cl的用量不超過1.6g/l或nh4f的用量不超過1.0g/l。又，所述氮化原料與金屬原料的摩爾比為目標(biāo)產(chǎn)物中氮元素與金屬元素原子摩爾比的1.05-1.30。

本發(fā)明還提供了一種二元過渡金屬氮化物。

在本發(fā)明中，產(chǎn)物的產(chǎn)量能通過使用更大容量的石英管得到提高；氮化原料的使用量僅僅是金屬原料的物質(zhì)的量的105～130％，遠遠少于其他常規(guī)氮化方法中nh3的消耗，并且反應(yīng)設(shè)備僅僅是一根尺寸不大的石英玻璃管，因此成本相比來說也要低很多；按照常規(guī)方法氮化時需要一直保持給反應(yīng)設(shè)備提供nh3流通長達幾十個小時左右，而nh3泄露或意外用盡時會有爆炸的危險，所以本發(fā)明耗時更短、更安全。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例1所得樣品的xrd衍射譜圖；

圖2為本發(fā)明實施例1所得樣品的sem微觀形貌圖；

圖3為本發(fā)明實施例3所得樣品的xrd衍射譜圖；

圖4為本發(fā)明實施例3所得樣品的sem微觀形貌圖；

圖5為本發(fā)明實施例5所得樣品的xrd衍射譜圖；

圖6為本發(fā)明實施例5所得樣品的sem微觀形貌圖；

圖7為本發(fā)明實施例6所得樣品的xrd衍射譜圖；

圖8為本發(fā)明實施例6所得樣品的sem微觀形貌圖。

具體實施方式

以下結(jié)合實施方式進一步說明本發(fā)明，應(yīng)理解，下述實施方式僅用于說明本發(fā)明，而非限制本發(fā)明。

本發(fā)明以元素周期表第五副族(v、nb和ta)和第六副族(cr、mo和w)的元素單質(zhì)為原料(過渡金屬單質(zhì)形貌可為但不限于塊體或粉末，優(yōu)選為粉末，可增大反應(yīng)速率)，以nh4cl或nh4f作為氮化原料，于真空密閉容器中進行氮化反應(yīng)，制備二元過渡金屬氮化物。本發(fā)明制備的二元過渡金屬氮化物可為但不僅限于vn、nbn、tan、crn、mon、mo2n和wn等。

以下示例性的說明本發(fā)明提供的二元過渡金屬氮化物的制備方法。

按照目標(biāo)產(chǎn)物中氮元素與金屬元素原子摩爾比的(1.05-1.30)倍(例如，實施例1中，目標(biāo)產(chǎn)物mo2n，n：mo＝1:2，則氮化原料(nh4cl或nh4f)：金屬原料mo＝1.3:2)稱取氮化原料和金屬原料均勻混合，得混合原料。按照目標(biāo)產(chǎn)物化學(xué)計量比計算時，氮化源(nh4cl或nh4f)的實際摩爾用量應(yīng)超過理論摩爾用量的5～30％，為的是使氮化反應(yīng)充分完成。

將混合原料封裝入真空的密閉容器中在700～1000℃下煅燒5～20小時(優(yōu)選為，在 700～950℃下煅燒5～15小時)，得所述二元過渡金屬氮化物。在本發(fā)明中，反應(yīng)使用的真空的密閉容器可為真空封裝的石英玻璃管(例如，內(nèi)徑尺寸范圍為φ10mm～φ25mm，長度范圍為20cm～40cm，壁厚1mm的石英管即可)。在保持石英管內(nèi)部處于真空(例如，用真空泵將石英管內(nèi)真空度抽至10pa以下)的條件下，以氫氧焰將石英管封裝好，最后將石英管置于馬弗爐中升溫加熱反應(yīng)。

上述反應(yīng)中，為防止石英玻璃管炸裂，nh4cl的用量最好不超過1.6g/l或nh4f的用量最好不超過1g/l。

樣品表征

利用x射線衍射儀采集樣品結(jié)構(gòu)信息。利用掃描電子顯微鏡sem觀測樣品微觀形貌。

下面進一步例舉實施例以詳細說明本發(fā)明。同樣應(yīng)理解，以下實施例只用于對本發(fā)明進行進一步說明，不能理解為對本發(fā)明保護范圍的限制，本領(lǐng)域的技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的上述內(nèi)容作出的一些非本質(zhì)的改進和調(diào)整均屬于本發(fā)明的保護范圍。下述示例具體的工藝參數(shù)等也僅是合適范圍中的一個示例，即本領(lǐng)域技術(shù)人員可以通過本文的說明做合適的范圍內(nèi)選擇，而并非要限定于下文示例的具體數(shù)值。

實施例1：

按照比例mo:n＝2:1.30(nh4cl過量30％)稱量0.1g的nh4cl和0.2736g的單質(zhì)mo，放置入內(nèi)徑10mm、長30cm的石英管中。然后使用真空泵將石英管抽氣至真空(<10pa)，再在真空狀態(tài)下，使用氫氧焰將石英管真空封裝。封裝好的石英管置于馬弗爐中升溫至750℃，保溫10h，最后停止馬弗爐保溫程序，使石英管隨爐冷卻至室溫。合成制備的產(chǎn)物為β-mo2n(jcpds#25-1366)，xrd衍射譜如圖1。產(chǎn)物顆粒大小約1～5μm，如圖2的sem微觀形貌圖。

實施例2：

按照比例mo:n＝2:1.2(nh4f過量20％)稱量0.05g的nh4f和0.2161g的單質(zhì)mo，放置入內(nèi)徑10mm、長30cm的石英管中。然后使用真空泵將石英管抽氣至真空(<10pa)，再在真空狀態(tài)下，使用氫氧焰將石英管真空封裝。封裝好的石英管置于馬弗爐中升溫至750℃，保溫10h，最后停止馬弗爐保溫程序，使石英管隨爐冷卻至室溫。合成制備的產(chǎn)物為β-mo2n(jcpds#25-1366)。

實施例3：

按照比例v:n＝1:1.05(nh4cl過量5％)稱量0.1g的nh4cl和0.0899g的單質(zhì)v，放置入內(nèi)徑10mm、長20cm的石英管中。然后使用真空泵將石英管抽氣至真空(<10pa)，再在真 空狀態(tài)下，使用氫氧焰將石英管真空封裝。封裝好的石英管置于馬弗爐中升溫至700℃，保溫5h，最后停止馬弗爐保溫程序，使石英管隨爐冷卻至室溫。合成制備的產(chǎn)物為vn(jcpds#78-1315)，xrd衍射譜如圖3。sem微觀形貌圖如圖4。

實施例4：

按照比例v:n＝1:1.05(nh4cl過量5％)稱量0.5888g的nh4cl和0.5292g的單質(zhì)v，放置入內(nèi)徑25mm、長30cm的石英管中。然后使用真空泵將石英管抽氣至真空(<10pa)，再在真空狀態(tài)下，使用氫氧焰將石英管真空封裝。封裝好的石英管置于馬弗爐中升溫至800℃，保溫10h，最后停止馬弗爐保溫程序，使石英管隨爐冷卻至室溫。合成制備的產(chǎn)物為vn(jcpds#78-1315)。

實施例5：

按照比例cr:n＝1:1.1(nh4cl過量10％)稱量0.15g的nh4cl和0.1315g的單質(zhì)cr，放置入內(nèi)徑10mm、長40cm的石英管中。然后使用真空泵將石英管抽氣至真空(<10pa)，再在真空狀態(tài)下，使用氫氧焰將石英管真空封裝。封裝好的石英管置于馬弗爐中升溫至700℃，保溫10h，最后停止馬弗爐保溫程序，使石英管隨爐冷卻至室溫。合成制備的產(chǎn)物為crn(jcpds#76-2494)，xrd衍射譜如圖5。sem微觀形貌圖如圖6。

實施例6：

按照比例nb:n＝1:1.1(nh4cl過量10％)稱量0.15g的nh4cl和0.2349g的單質(zhì)nb，放置入內(nèi)徑10mm、長40cm的石英管中。然后使用真空泵將石英管抽氣至真空(<10pa)，再在真空狀態(tài)下，使用氫氧焰將石英管真空封裝。封裝好的石英管置于馬弗爐中升溫至950℃，保溫15h，最后停止馬弗爐保溫程序，使石英管隨爐冷卻至室溫。合成制備的產(chǎn)物為nbn(jcpds#20-0801)，xrd衍射譜如圖7。sem微觀形貌圖如圖8。