硫铁化合物及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种硫铁化合物的制备方法。该制备方法是将铁粉和硫粉封装于石英管中，进行加热和降温处理后并对产物进行研磨、超声、离心和烘干等处理工艺，最终制备得到硫铁化合物。本发明专利技术的还提供了上述制备方法制备得到的陨铁矿、黄铁矿和磁黄铁矿等硫铁化合物。本发明专利技术的制备方法采用简单固相合成法，大容量的石英管可以达到高产量合成陨铁矿、黄铁矿和磁黄铁矿等硫铁化合物；反应原料采用储量丰富的铁粉，大大降低了反应的繁琐性；反应体系密闭，不会对周围环境造成污染；制备的硫铁化合物为微米级别且纯净无杂质，可以作为研究材料，具有广阔的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
硫铁化合物及其制备方法
本专利技术属于无机化合物合成
，主要涉及一种硫铁化合物及其制备方法。
技术介绍
在各种新能源中太阳能具有清洁、安全等优点，太阳能电池是将太阳能直接转化为电能的有效器件。开发具有较高光电转换效率且绿色环保的光电转换材料，具有非常重要的意义。硫化铁系材料原料丰富、毒性小和成本低等优势，是下一代的新型绿色能源。其中黄铁矿具有合适的禁带宽度，以及具有较高的光吸收系数，是晶硅材料最理想的替代产品，供电潜能大。黄铁矿因其优良性能称为一种备受关注的新型光伏材料。但是由于天然黄铁矿杂质含量很高，因而不能满足实验要求。而且目前大量合成的技术缺乏，限制了其在相关领域的研发和商业化发展。目前合成黄铁矿的方法主要有以下几种：(1)通过将铁粉和硫粉放入球磨机机械球磨的方式，使之反应，在机械球磨的作用下，粒径尺寸非常小，温度很高，这样的条件有助于反应的进行。在球磨72h后取出，产物为硫铁化合物。然而在合成过程中，由于受到球磨罐的限制，黄铁矿的产率偏低，产量仅为几克，且球磨机高速旋转，具有一定危险性。(2)在高温下，采用二价铁、硫粉和H2S作为铁源和硫源进行反应。通过添加硫酸或盐酸来控制初始pH值，然后在不同pH值的条件下进行反应，在pH>4.5时产生黄铁矿型二硫化亚铁；或者，添加表面活性剂PVP并在200℃下保温24h，从而获得晶体形态均一，物相较为纯净的黄铁矿型二硫化亚铁。然而在合成过程中，添加表面活性剂PVP后发现衍射峰强度明显降低，且发生宽化，说明添加PVP会抑制该反应的晶粒生长，降低产物的结晶度；而且这两种方法合成的黄铁矿产率低，同时采用的合成原料为铁的化合物，资源有限且需要事先进行制备铁的化合物，使得整体制备过程变得繁琐。以上几种合成黄铁矿的方法，均只能进行少量的合成，不能进行批量生产，难以满足研究需求。陨铁矿和磁黄铁矿都是由FeS组成的一种矿物，其中，陨铁矿也称之为陨硫铁(Troilite)，是由磁黄铁矿变种而来的，是铁陨石和大部分石陨石中常见的一种副产物。实验室合成陨铁矿和磁黄铁矿的方法主要通过将铁置于硫化氢环境中反应，进而得到腐蚀产物陨铁矿。但此方法危险性较高，且合成量较少。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术的目的在于提供一种硫铁化合物的制备方法，可以高产量制备硫铁化合物；本专利技术的目的还在于提供上述制备方法制备得到的陨铁矿、黄铁矿和磁黄铁矿；本专利技术的目的还在于提供一种陨铁矿的制备方法；本专利技术的目的还在于提供一种黄铁矿的制备方法；本专利技术的目的还在于提供一种磁黄铁矿的制备方法。本专利技术的目的通过以下技术方案得以实现：一种硫铁化合物的制备方法，包括以下步骤：(1)石英封装：将铁粉和硫粉混合均匀后得到混合物A，将其放入石英管中抽真空，保持石英管中真空度数值小于等于10-3Pa，并将石英管密封；其中，铁粉和硫粉的摩尔比为1:1-1:2。(2)热处理工艺：将已密封的石英管进行加热，使石英管中的混合物A升温至400-800℃得到产物B，随后对产物B进行降温处理。(3)样品清洗：首先将降温处理后的产物B从石英管中取出进行研磨，充分研磨(“充分”指研磨后的产物达到粉末状态)后，加入CS2溶液搅拌后倒掉表面废液；然后加入无水乙醇溶液搅拌均匀，并依次进行超声和离心，离心后倒掉上层液；不断重复超声和离心的步骤，直至上层液完全澄清；最后将离心后的产物进行烘干处理，从而制备得到硫铁化合物。根据具体实施方案，在步骤(2)中，可以控制以4℃/min的速度使石英管中的混合物A升温至400-800℃。上述制备方法中，优选地，步骤(3)中加入CS2溶液后的搅拌时间为1h；超声和离心处理时，超声时间大于等于5min，离心转速为6000-9000rad/min；离心后的产物烘干处理的温度为60-90℃。上述制备方法中，优选地，所述铁粉可以包括还原铁粉和/或纳米铁粉。上述制备方法中，优选地，所述还原铁粉的平均粒径为149μm；所述纳米铁粉平均粒径为100nm。上述制备方法中，优选地，所述硫粉为升华硫粉。上述制备方法中，优选地，在步骤(1)中，所述降温处理步骤为：先将产物B在400-800℃温度下保温24h，随后逐渐冷却至室温；或者让产物B于24h内均匀降至室温。本专利技术还提供了上述制备方法制备得到的硫铁化合物。所述硫铁化合物可以包括陨铁矿、黄铁矿和磁黄铁矿等中的一种或多种的组合。本专利技术还提供了一种陨铁矿的制备方法，包括以下步骤：(1)石英封装：将还原铁粉和升华硫粉混合均匀后得到混合物A1，将其放入石英管中抽真空，保持石英管中真空度数值小于等于10-3Pa，并将石英管密封；其中，还原铁粉和升华硫粉的摩尔比为1:1；还原铁粉的平均粒径为149μm；(2)热处理工艺：将已密封的石英管进行加热，使石英管中的混合物A1升温至400-600℃得到产物B1，接着对产物B1保温24h，随后逐渐冷却至室温；(3)样品清洗：首先将降温处理后的产物B1从石英管中取出进行研磨，充分研磨(“充分”指研磨后的产物达到粉末状态)后，加入CS2溶液搅拌后倒掉表面废液；然后加入无水乙醇溶液搅拌均匀，并依次进行超声和离心，离心后倒掉上层液；不断重复超声和离心的步骤，直至上层液完全澄清；最后将离心后的产物进行烘干处理，从而制备得到陨铁矿；优选地，上述加入CS2溶液后的搅拌时间为1h；超声和离心处理时，超声时间大于等于5min，离心转速为6000-9000rad/min；离心后的产物烘干处理的温度为60-90℃。本专利技术还提供了一种黄铁矿的制备方法，包括以下步骤：(1)石英封装：将纳米铁粉和升华硫粉混合均匀后得到混合物A2，将其放入石英管中抽真空，保持石英管中真空度数值小于等于10-6Pa，并将石英管密封；其中，纳米铁粉和升华硫粉的摩尔比为1:2；纳米铁粉的平均粒径为100nm；(2)热处理工艺：将已密封的石英管进行加热，使石英管中的混合物A2升温至400-800℃得到产物B2，随后对产物B2进行降温处理；降温处理步骤为：先将产物B2在400-800℃温度下保温24h，随后逐渐冷却至室温；或者让产物B2于24h内均匀降至室温；(3)样品清洗：首先将降温处理后的产物B2从石英管中取出进行研磨，充分研磨(“充分”指研磨后的产物达到粉末状态)后，加入CS2溶液搅拌后倒掉表面废液；然后加入无水乙醇溶液搅拌均匀，并依次进行超声和离心，离心后倒掉上层液；不断重复超声和离心的步骤，直至上层液完全澄清；最后将离心后的产物进行烘干处理，从而制备得到黄铁矿；优选地，上述加入CS2溶液后的搅拌时间为1h；超声和离心处理时，超声时间大于等于5min，离心转速为6000-9000rad/min；离心后的产物烘干处理的温度为60-90℃。本专利技术还提供了一种磁黄铁矿的制备方法，包括以下步骤：(1)石英封装：将纳米铁粉和升华硫粉混合均匀后得到混合物A3，将其放入石英管中抽真空，保持石英管中真空度数值小于等于10-6Pa，并将石英管密封；其中，纳米铁粉和升华硫粉的摩尔比为1:1；纳米铁粉的平均粒径为100nm；(2)热处理工艺：将已密封的石英管进行加热，使石英管中的混合物A3升温至400-800℃得到产物B3，随后对产物B3进行降温处理；降温处理步骤为：先将产物B3在400℃温度下保本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种硫铁化合物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)石英封装：将铁粉和硫粉混合均匀后得到混合物A，将其放入石英管中抽真空，保持石英管中真空度数值小于等于10‑3Pa，并将石英管密封；其中，铁粉和硫粉的摩尔比为1:1‑1:2；(2)热处理工艺：将已密封的石英管进行加热，使石英管中的混合物A升温至400‑800℃得到产物B，随后对产物B进行降温处理；(3)样品清洗：首先将降温处理后的产物B从石英管中取出进行研磨，充分研磨后，加入CS2溶液搅拌后倒掉表面废液；然后加入无水乙醇溶液搅拌均匀，并依次进行超声和离心，离心后倒掉上层液；不断重复超声和离心的步骤，直至上层液完全澄清；最后将离心后的产物进行烘干处理，从而制备得到硫铁化合物。

【技术特征摘要】
1.一种硫铁化合物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)石英封装：将铁粉和硫粉混合均匀后得到混合物A，将其放入石英管中抽真空，保持石英管中真空度数值小于等于10-3Pa，并将石英管密封；其中，铁粉和硫粉的摩尔比为1:1-1:2；(2)热处理工艺：将已密封的石英管进行加热，使石英管中的混合物A升温至400-800℃得到产物B，随后对产物B进行降温处理；所述降温处理步骤为：先将产物B在400-800℃的温度下保温24h，随后逐渐冷却至室温；或者让产物B于24h内均匀降至室温；(3)样品清洗：首先将降温处理后的产物B从石英管中取出进行研磨，充分研磨后，加入CS2溶液搅拌后倒掉表面废液；然后加入无水乙醇溶液搅拌均匀，并依次进行超声和离心，离心后倒掉上层液；不断重复超声和离心的步骤，直至上层液完全澄清；最后将离心后的产物进行烘干处理，从而制备得到硫铁化合物；其中：所述铁粉包括还原铁粉和/或纳米铁粉；所述还原铁粉的平均粒径为149μm，所述纳米铁粉平均粒径为100nm。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(3)中加入CS2溶液后的搅拌时间为1h；超声和离心处理时，超声时间大于等于5min，离心转速为6000-9000rad/min；离心后的产物烘干处理的温度为60-90℃。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述硫粉为升华硫粉。4.一种陨铁矿的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)石英封装：将还原铁粉和升华硫粉混合均匀后得到混合物A1，将其放入石英管中抽真空，保持石英管中真空度数值小于等于10-3Pa，并将石英管密封；其中，还原铁粉和升华硫粉的摩尔比为1:1；还原铁粉的平均粒径为149μm；(2)热处理工艺：将已密封的石英管进行加热，使石英管中的混合物A1升温至400-600℃得到产物B1，接着对产物B1保温24h，随后逐渐冷却至室温；(3)样品清洗：首先将降温处理后的产物B1从石英管中取出进行研磨，充分研磨后，加入CS2溶液搅拌后倒掉表面废液；然后加入无水乙醇溶液搅拌均匀，并依次进行超声和离心，离心后倒掉上层液；不断重复超声和离心的步骤，直至上层液完全澄清；最后将离心后的产物进行烘干处理，从而制备得到陨铁矿。5.根据权利要求4所述的陨铁矿的制备方法，其特征在于，加入CS2溶液后的搅拌时间为1h；超声和离心处理时，超声时间大于等于5min，离心转速为6000-9000rad/min；离心后的产物烘干处理的...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑树启，王天琪，白鹏鹏，梁雨轩，周杰，罗秉伟，
申请(专利权)人：中国石油大学北京，
类型：发明
国别省市：北京;11