稀土百科 | 稀土硫化物的制备

稀土硫化物是一类具有丰富光、电、磁等特性的重要功能材料，广泛应用于无机颜料、热电材料、光学材料等诸多领域。一般而言，稀土硫化物主要指由稀土元素和硫元素构成的化合物，此外，以此为基质，进行不同功能掺杂所得的材料也可以归为此类材料，所以稀土硫化物有二元、三元及多元之分。

稀土硫化物的制备是稀土硫化物研究中的一个关键技术问题。稀土是亲氧性很强的元素，对硫的亲和力相对较小，相应硫化物的制备也较困难。从软硬酸碱理论角度分析，稀土离子Ln³⁺硬酸，氧离子0^2-属于硬碱，两者亲和力强；而硫离子S^2-属于软碱，和Ln³⁺亲和力较小，因而制备稀土硫化物有一定的难度。

在稀土硫化物的研究中，如何制备所需的材料是非常关键的问题。稀土硫化物的制备主要有以下几种方法：直接法、还原法、机械研磨法、喷雾热解法等。

(1)直接法

直接法是利用稀土金属和硫单质在惰性环境下进行高温反应的制备方法。将稀土金属与硫蒸气反应，稀土在硫蒸气中燃烧，发出淡蓝色火焰。这种方法可以制备La~Lu系列稀土硫化物，而且制备的产物纯度较高，较好。

但缺点也较为突出：一是对原料要求较高，反应效率较低；二是反应条件要求较为严格，反应处理量较小，一般在密封的安瓿瓶中进行，若反应量大时条件硫粉气化成蒸气，体系压强增大，容易使反应瓶炸裂；三是有的反应时间要求较长。

(2)还原法。

还原法主要是以稀土氧化物、稀土盐类为起始原料，以H₂S、CS₂或两者的混合体做硫化剂，在高温下进行反应制备相应的稀土硫化物。

还原法效率较高，原料易得，是目前制备稀土硫化物最常用的方法。但还原法的缺点是反应为气固两相反应，反应温度高，处理量小，而且硫化试剂毒性大，易燃易燥，对工艺要求高，所以也限制了它的应用。

(3)机械研磨法。

机械研磨法主要是利用稀土盐和硫源试剂共混研磨，制备相应的稀土硫化物。研究发现采用无水稀土氯化物粉末和CaS粉末混合后进行球磨可得到Ln₂S₃。

室温下球磨一段时间后， 洗去体系中的CaCl₂,可以得到稀土硫化物。这种方法可在常温下制得y-Ce₂S₃超细粉末。但产物的杂质含量较高，且粒度分布很不均匀。

(4)喷雾热解法。

一般而言，喷雾热解法主要是先将稀土盐和硫源溶于水或有机溶剂中，按一定比例混合或分别雾化，用高压惰性气体做载体，喷积到基片上，然后加热基片，获得所需的稀土硫化物薄膜。喷雾热解法常用于制备薄膜形态稀土硫化物，但对于大规模制备还不能满足要求。