元素揮發物的製備方法
2023-06-01 08:45:36
專利名稱:元素揮發物的製備方法
本發明是關於元素揮發物(氫化物)的製備方法，尤其是關於在催化劑或(和)其它催化方法的存在下，使那些在正常條件下能形成氫化物但形成的氫化物的百分率很低的元素生成高百分率的氫化物的方法。該方法可用於(1)元素化學氣相沉積(COD)時的先驅物的製備(2)元素雷射光助鍍膜時的先驅物的製備(3)原子光譜儀的樣品進入。
目前已經大量應用的元素的氫化物有NH3，PH3，AsH3，SbH3，BiH3，B2H6，GeH4，SiH4等等，它們大部分是非金屬元素，主要應用在集成電路製作，太陽能電池生產，紅外檢測器件的製造及其它材料科學領域。元素氫化物應用的另一個領域是用於原子光譜儀器的樣品導入形式，即藉助某些元素(As，Sb，Bi，Ge，Sn，Pb，Se，Te)在溶液易被氫還原形成氫化物的性質，用於這些元素在原子光譜儀器上的樣品進入。
進年來，隨著研究的不斷深入，一些從事分析化學工作的工作者研究相繼發現除了傳統的在溶液中能形成氫化物的一些元素(As，Sb，Bi，Ge，Sn，Pb，Se，Te)外，其它一些元素，特別是一些金屬元素在某些條件下(如在溶液中以低含量存在，溶液中酸度適宜，無嚴重幹擾等)也能形成氫化物。這些研究報導如下(1)1995年文獻報導了中國的郭小偉等用硼氫化鈉溶液還原鋅和鎘離子為氫化物，在該研究中他們使用了鈷離子作為增強氫化的催化劑。(2)1996年文獻報導R.E.Sturgeon用硼氫化鈉溶液還原銅離子為氫化物(3)2000年文獻報導Aderval S.Luna等用硼氫化鈉溶液還原金，銀，銅，鋅等離子為氫化物(4)2001年P.POHL等用硼氫化鉀在溶液中還原了鈷，鉻，鐵，鎳離子為氫化物。
在上述所列的研究中，雖然已發現了許多金屬元素(除去傳統易形成氫化物的九個元素)也能形成揮發性氫化物，但存在的問題是當金屬被具有活性的還原氫還原成金屬氫化物後，該氫化物的生成百分率比較低，很難有實際應用價值。
目前，通過研究我們發現一些在正常條件下能被還原氫還原成氫化物但形成的氫化物的百分率很低的元素(如金，銀，銅，鈷，鎳，鈀，鉑，釕，銠，，鋅，鈣，鈧，釔，鈦，鋯，釩，鉻，錳，鐵等)，在使用某些催化劑或(和)催化方法的情況下，在溶液中可以很容易被氫還原成氫化物，並且生成的氫化物的百分率很高。
本發明如下在催化劑或(和)其它催化方法的存在下，使溶液中的元素與具有還原性的氫反應生成高產率的氫化物；然後，將反應後的溶液和生成的氫化物在一氣液分離器中分離，氫化物被載氣載出氣液分離器去應用。
本發明適用於溶液中的元素含量比較低(克/升以下)，溶液的酸度較弱(2M以下)的情況下的氫化物生成反應。
下面是對該發明的詳細說明當在該發明的方法中使用催化劑時，則該用於催化元素形成氫化物的催化劑，即可以是指固體催化劑，也可以是某些液體或氣體催化劑。
如果所用的催化劑是固體，該固體催化劑主要是指對元素形成氫化物的百分率有明顯的增強作用的一種或一種以上元素所形成的單質或化合物；有機高分子；天然或人造無機礦物；半導體；或前面所說的物質的混合物。在上述的材料中，可以摻入或負載某些雜質元素如Pd，Pt，Ni，Fe，V，Mn，Co，Hg等來進一步增強催化性能。
如果使用的催化劑是液體時，應是兩種或兩種以上無機元素離子的混合物，該混合物對元素形成氫化物的百分率有明顯的增強作用；或者是其它具有相同作用的無機物或有機物溶液如過氧化氫，過氧乙酸(鹽)等，該無機或有機物在溶液中的催化作用不是由它們本身離解的無機元素離子所產生。這裡所說的液體催化劑，並不是教科書中所定義的催化劑，它可以有部分參與氫化反應，並且形成新的物質。
如果使用的催化劑的活性比較低時，可通過光照射催化劑的方法來進一步增強催化劑的催化能力，使元素氫化物的生成率增加。典型的通過光照射而產生催化作用的催化劑是二氧化鈦，二氧化錫，三氧化鎢，硫化鎘等；並且可以在其上面摻入雜質(如Pd，Pt，Ni，Fe，V，Mn，Co，Hg等)以進一步增強催化效果。
當該發明方法使用了其它催化方法時，這些催化方法包括所有的能對元素形成氫化物的百分率有明顯的增強作用的方法如光催化，電磁波催化，熱催化，電化學催化等催化方法。
本發明即可以單獨使用催化劑或催化方法，也可以同時使用催化劑和催化方法來催化氫化反應。
當高產率的氫化物生成後，要將氫化物從溶液中分離出來。因為氫化物是揮發性氣體，所以反應後的溶液在氣液分離器中，大部份氫化物能自動揮發出溶液表面，但溶液中仍殘留一部分氫化物。所以，如果有必要，應使用噴霧或從溶液內部鼓氣等方法把溶解夾帶在溶液中的一部分氫化物也分離出來。
被分離出來的氫化物由進入氣液分離器中的載氣載出去應用。
實施例與效果(1)在用溶膠—凝膠法合成的二氧化鈦納米材料上，負載少量的鐵，錳，釩，鈷鈀，鉬，金屬粉末。在400攝氏度下煅燒該納米二氧化鈦材料，然後加工成直徑約1毫米的小球。將該小球裝滿內寬1釐米，內長3釐米，內厚0.5釐米的扁平長方形玻璃盒中密封。在該玻璃盒的上下兩個面積最小的面中心開兩個小孔，然後分別與直徑為1.5毫米的玻璃管連接製成一個扁平狀長方形玻璃反應柱。用一個40W的中壓汞等照射該催化柱；讓含金，銅，鋅各1微克每毫升的水溶液(酸度是0.2M)和硼氫化鈉含量1.2％的水溶液以每分鐘各2毫升的速度混合後通過催化柱。將柱子的另一端開口與一內徑3釐米內高8釐米氣液分離器側壁聯結，讓反應後的溶液噴入氣液分離器，溶液沉到底部，而氫化物被從分離器底部(鋪有少量50目的玻璃球)通入的氬氣從氣液分離器的頂部另一小管帶出。經檢測，金，銅，鋅氫化率分別是沒接催化柱子時的3，3.2，4.8倍。
權利要求
1.元素揮發物(氫化物)的製備方法，其特徵在於該方法由如下步驟組成在催化劑或(和)其它催化方法的存在下，使溶液中的元素與具有還原性的氫反應生成高產率的氫化物；然後，將反應後的溶液和生成的氫化物在一氣液分離器中分離，氫化物被載氣載出氣液分離器去應用。
2.根據權利要求
1所述的方法，其特徵在於當所用的催化劑是固體時，該固體催化劑主要是指對元素氫化反應具有催化作用的一種或一種以上元素所形成的單質或化合物；有機高分子；天然或人造無機礦物；半導體；或前面所說的物質的混合物。在上述的材料中，可以摻入或負載某些雜質元素如Pd，Pt，Ni，Fe，V，Mn，Co，Hg等來進一步增強催化性能。
3.根據權利要求
1所述的方法，其特徵在於當使用的催化劑是液體時，應是兩種或兩種以上對元素氫化反應有催化作用的無機元素離子的混合物；或者是其它具有催化作用的無機物或有機物溶液如過氧化氫，過氧乙酸等。
4.根據權利要求
1所述的方法，其特徵在於當所使用的催化劑的活性比較低時，可通過光照射催化劑的方法來進一步增強催化劑的催化能力，使氫化物的生成百分率增加。典型的通過光照射而產生催化作用的催化劑是二氧化鈦，二氧化錫，三氧化鎢，硫化鎘等；並且可以在其上面摻入雜質(如Pd，Pt，Ni，Fe，V，Mn，Co，Hg等)以進一步增強催化效果。
5.根據權利要求
1所述的方法，其特徵在於該發明中所指的其它催化方法，是包括那些對元素氫化反應有催化作用(使生成的氫化物的產率或百分率增加)的所有方法如光催化，電磁波催化，熱催化，電化學催化等催化方法。
專利摘要
本發明屬於無機化學合成領域，同時涉及材料與儀器科學。本
發明內容
如下在催化劑或(和)其它催化方法的存在下，使溶液中的元素與具有還原性的氫反應生成高產率的元素揮發物(氫化物)；然後，將反應後的溶液和生成的氫化物在一氣液分離器中分離，氫化物被載氣載出氣液分離器去應用。該發明不僅適用於正常情況下在溶液中易形成高百分率的氫化物的元素(As，Sb，Bi，Ge，Sn，Pb，Se，Te)，更適用於正常情況下在溶液中能形成氫化物但形成氫化物的百分率很低的元素。該發明可應用於下列技術領域：
(1)元素的化學氣相沉積(2)雷射光助鍍膜(3)原子光譜分析儀器的樣品進入。
文檔編號C01B6/00GKCN1521118SQ03102446
公開日2004年8月18日 申請日期2003年1月27日
發明者段旭川 申請人:段旭川導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan