一種高純度二氧化銥的制備方法與流程

本發明屬于無機化學領域，以及具體地涉及一種高純度二氧化銥的制備方法。

背景技術：

銥是一種稀有元素，于1803年在鉑的不溶雜質中被發現。銥的化學性質極其穩定，是最耐腐蝕的金屬之一。特別地，銥對酸的化學穩定性極高，室溫下不溶于常見的無機酸或有機酸，一般只有海綿狀的銥才能夠緩慢地溶于熱王水中，而對于致密狀態的銥，即使是沸騰的王水也不能將其腐蝕。正是由于銥的這一系列極其穩定的特性，導致采用常規的制備方法極難得到二氧化銥。

二氧化銥有很多潛在的用途，可以利用二氧化銥來制備陽極涂層材料，其摻雜制備的電極具有良好的電催化活性和電解耐久性，在酸性電解溶液中使用時具有穩定性好、電流大、工作壽命長的優點。此外，二氧化銥可以用來制作再生燃料電池的催化劑和高精度的ph電極等。

目前二氧化銥的制備方法包括電化學氧化、濺射、熱氧化等方法。本領域的傳統方法可以主要概括為以下兩種：一種是將銥粉在空氣或氧氣中加熱至1000℃來生成二氧化銥；以及另一種是向含有(ircl6)^2-的熱溶液中加入堿(例如，氫氧化鈉或氫氧化鉀)直至棕色恰好變成藍色，過濾得到藍色沉淀，然后將藍色沉淀在真空中干燥成藍色粉末，從而得到ir(oh)4，即iro2·2h2o，最后將ir(oh)4在氮氣中加熱至350℃脫水成黑色的iro2。以上兩種制備二氧化銥的方法都存在諸多問題，例如，操作復雜繁瑣，以及更重要的是，由于銥難以氧化，制備得到的二氧化銥都存在不同含量的銥單質雜質。目前常規制備方法，例如，銥粉在空氣中或氧氣中加熱至1000℃而制備的二氧化銥中，銥單質的含量一般在40％以上。此外，國內外市場上銷售的二氧化銥大都存在銥單質雜質，二氧化銥純度低而且難以提純。

技術實現要素：

因此，本發明的目的是提供一種高純度二氧化銥的制備方法，由本發明的制備方法制得的二氧化銥的純度可在99.95％以上。

本發明的目的是通過以下實施方案實現的。

本發明提供了一種高純度二氧化銥的制備方法，所述方法包括以下步驟：

(1)將銥單質粉末和氧化銅粉末混合，得到混合粉體；

(2)將步驟(1)中制得的混合粉體于800～1000℃下煅燒；

(3)對步驟(2)中煅燒后的粉體進行酸洗以除去氧化銅，得到iro2沉淀；

(4)對步驟(3)中制得的iro2沉淀進行洗滌和干燥，從而制得目標產物二氧化銥。

本發明人驚訝地發現，通過向銥單質粉末中加入氧化銅粉末，可以提高所制得的二氧化銥的純度。在本發明的一些實施方案中，銥單質粉末和氧化銅粉末質量比為1:x，其中x≥0.1。

為了降低煅燒后除去氧化銅的成本，以及降低對環境的污染，x的范圍優選為0.1至2，更優選為0.1-1。

為了使銥粉末和氧化銅粉末混合更加均勻，步驟(1)中制得的混合粉體的粒徑d90≤10微米，優選地1微米≤d90≤10微米。

根據本發明提供的制備方法，其中，步驟(1)中所述混合包括以下步驟：將銥粉末和氧化銅粉末研磨混合。在一些實施方案中，所述研磨混合是在研缽中進行的，以及在一些實施方案中，研磨混合的方式可以為手動研磨或機械球磨。

本發明中，對步驟(2)中煅燒的時間沒有特殊要求。在一些實施方案中，步驟(2)中煅燒的時長為至少1h，在一些實施方案中為1～24小時，以及在一些實施方案中為1～15小時。

根據本發明所述的方法，其中，步驟(2)中煅燒是在箱式爐中進行的。

根據本發明所述的方法，其中，步驟(2)中煅燒可以在常壓下、于空氣或氧氣的氣氛下進行。

根據本發明所述的方法，其中，適合用于酸洗的酸可以為可溶解氧化 銅的有機酸和無機酸。在一些實施方案中，用于步驟(3)中酸洗的酸為無機酸，以及在一些實施方案中，所述無機酸為硝酸、硫酸、鹽酸或磷酸。在另一些實施方案中，用于步驟(3)中酸洗的酸為有機酸，例如醋酸。

根據本發明所述的方法，其中，可以采用去離子水和/乙醇對步驟(3)中制得的iro2沉淀進行洗滌。

本發明與現有技術相比有以下優點：

(1)由于銥元素的化學性質比較穩定，銥在自然界中通常以單質的形式存在，難以被氧化，現有的技術制備得到的iro2粉體成分不均一，都存在銥單質，純的iro2難以獲取，特別地，目前從國內外購買到的純度為99.95％的iro2粉體，通過x射線衍射儀都可檢測到ir的衍射峰；與之相比，本發明的方法制備的二氧化銥，采用x射線衍射儀(xrd)未檢測到ir的衍射峰，本發明方法得到的是純相的iro2粉體，不存在銥單質，粉體質量良好，大大降低生產成本和工藝難度；

(2)現有的技術通常是在氧氣氣氛中對銥單質粉末進行燒結或者采用一系列的化學合成工藝，造價高昂，對于常規方法，通常先在空氣中將銥單質燒結為二氧化銥和銥單質的混合體，然后用高濃度的鹽酸在高溫高壓環境中洗去混合體中的銥單質，進一步提煉酸中的銥單質反復循環此過程，最終得到二氧化銥；與之相比，本發明方法只需將銥單質與氧化銅進行混合、燒結和酸洗，即可得到高純度的iro2粉體，無需反復燒結，簡單易行，極大的降低產品能耗和獲取的工藝難度，降低經濟成本。

因此，本發明的方法可以消除傳統制備方法中工序復雜、銥單質難以去除的缺點，可以顯著降低能耗。此外，本法工藝簡單，重復性好，選用的化學試劑價格低廉易得。

附圖說明

以下，結合附圖來詳細說明本發明的實施方案，其中：

圖1為實施例1所得iro2粉體的xrd圖譜；

圖2為實施例2所得iro2粉體的xrd圖譜；

圖3為實施例3所得iro2粉體的xrd圖譜。

具體實施方式

下面結合具體實施方式對本發明進行進一步的詳細描述，給出的實施 例僅為了闡明本發明，而不是為了限制本發明的范圍。

實施例1

本實施例用于說明高純度二氧化銥的制備方法。具體地，所述方法包括以下步驟：

(1)按ir:cuo＝1:0.1的質量比稱取銥單質粉末和氧化銅粉末；

(2)將步驟(1)中所備的銥單質粉末和氧化銅粉末放入研缽，研磨混合均勻，得到混合粉體，其粒徑d90為～10微米；

(3)將步驟(2)中所得的混合粉體放入坩堝，將坩堝放于箱式爐中，于常壓和空氣氣氛中，在800℃下，煅燒1h得到煅燒后的粉體；

(4)將步驟(3)中所得的煅燒后的粉體放入燒杯，加入適量稀硝酸，洗去殘余氧化銅粉末，得到iro2沉淀；

(5)將步驟(4)所得iro2沉淀用去離子水清洗三次，烘干，得到二氧化銥粉體。

采用xrd對本實施例制備的二氧化銥粉體進行分析，結果如圖1所示。由圖1可以看出，已制備了純相的iro2粉體，且峰寬較窄，說明結晶質量良好。

目前從國內外購買到的純度為99.95％的iro2粉體，通過x射線衍射儀都可檢測到ir的衍射峰；與之相比，從圖1還可以看出，xrd譜圖中不存在氧化銅、單質銥等雜峰，所制備的二氧化銥純度高，在99.95％以上。

實施例2

本實施例用于說明高純度二氧化銥的制備方法。具體地，所述方法包括以下步驟：

(1)按ir:cuo＝1:0.5的質量比稱取銥單質粉末和氧化銅粉末；

(2)將步驟(1)中所備的銥單質粉末和氧化銅粉末放入研缽，研磨混合均勻，得到混合粉體，其粒徑d90為～5微米；

(3)將步驟(2)中所得的混合粉體放入坩堝，將坩堝放于箱式爐中，于常壓和空氣氣氛中，在900℃下，煅燒5h得到煅燒后的粉體；

(4)將步驟(3)中所得煅燒后的粉體放入燒杯，加入適量稀硝酸，洗去殘余氧化銅粉末，得到iro2沉淀；

(5)將步驟(4)所得iro2沉淀用去離子水清洗三次，烘干，得到二 氧化銥粉體。

采用xrd對本實施例制備的二氧化銥粉體進行分析，結果如圖2所示。由圖2可以看出，已制備了純相的iro2粉體，且峰寬較窄，說明結晶質量良好。

目前從國內外購買到的純度為99.95％的iro2粉體，通過x射線衍射儀都可檢測到ir的衍射峰；與之相比，從圖2還可以看出，xrd譜圖中不存在氧化銅、單質銥等雜峰，所制備的二氧化銥純度高，在99.95％以上。

實施例3

本實施例用于說明高純度二氧化銥的制備方法。具體地，所述方法包括以下步驟：

(1)按ir:cuo＝1:1的質量比稱取銥單質粉末和氧化銅粉末；

(2)將步驟(1)中所備的銥單質粉末和氧化銅粉末放入研缽，研磨混合均勻，得到混合粉體，其粒徑d90為～2微米；

(3)將步驟(2)中所得的混合粉體放入坩堝，將坩堝放于箱式爐中，于常壓和空氣氣氛中，在1000℃下，煅燒15h得到煅燒后的粉體；

(4)將步驟(3)中所得煅燒后的粉體放入燒杯，加入適量稀硝酸，洗去殘余氧化銅粉末，得到iro2沉淀；

(5)將步驟(4)所得iro2沉淀用去離子水清洗三次，烘干，得到二氧化銥粉體。

采用xrd對本實施例制備的二氧化銥粉體進行分析，結果如圖3所示。由圖3可以看出，已制備了純相的iro2粉體，且峰寬較窄，說明結晶質量良好。

目前從國內外購買到的純度為99.95％的iro2粉體，通過x射線衍射儀都可檢測到ir的衍射峰；與之相比，從圖3還可以看出，xrd譜圖中不存在氧化銅、單質銥等雜峰，所制備的二氧化銥純度高，在99.95％以上。