二硫化鐵
二硫化鐵(Iron disulfide)它是一種無機(jī)化合物,化學(xué)式為FeS2,分子量為119.98外觀為黃色結(jié)晶固體,不溶于水。自然界中主要有兩種礦物,黃鐵礦和白鐵礦,可以用水熱法合成、溶劑熱法、通過球磨等制成,主要用于提煉硫磺,制硫酸,可作為裝飾品、電子、工業(yè)等領(lǐng)域。
存在形式 編輯本段
二硫化鐵在自然界主要存在于兩種礦物中:黃鐵礦和白鐵礦。黃鐵礦,俗稱“愚人金”,等軸晶系,色澤金黃、黃銅色,條紋綠色和黑色,金屬光澤,比重5.0,密度4.95~5.2g/Cm3,熔點(diǎn)1171℃,不溶于水,溶于稀酸,木炭燃燒時(shí)有藍(lán)色火焰,放出二氧化硫氣體,常與銅同、鉛、由鋅等形成的多金屬礦床是分布最廣的硫化物礦物。白色鐵礦石,正交晶系,淺黃銅色,深灰綠色條紋,比重為4.87,密度4.6~4.9g/Cm3,加熱到450℃時(shí)轉(zhuǎn)化,不溶于水和稀酸,產(chǎn)于沉積地層中,分布很少。
晶體結(jié)構(gòu) 編輯本段
FeS2有兩種晶體結(jié)構(gòu)。黃鐵礦型FeS2屬于等軸晶系,是NaCl型結(jié)構(gòu)的衍生結(jié)構(gòu),屬于立方晶系在這種結(jié)構(gòu)中,兩個(gè)S原子形成啞鈴形的S2絡(luò)合離子,它們被六個(gè)Fe包圍。白鐵礦FeS 2為正交晶系,在一定溫度下可與黃鐵礦型FeS 2發(fā)生轉(zhuǎn)化。
理化性質(zhì) 編輯本段
二硫化鐵(FeS2),是一種較高的理論比容量(894mA·h·g-1)的過渡金屬硫化物,其中Fe的化合價(jià)為2,S為-1價(jià)。它的分子量是119.98外觀為黃色結(jié)晶固體,條紋為綠色和黑色,有金屬光澤,抗磁性,硬度為6~6.5不透明,解理不完全,鋸齒狀斷口,不溶于水。具有半導(dǎo)體性質(zhì),電導(dǎo)率低,電導(dǎo)率為17.7Ω·厘米,而且還具有很高的反射率(53)禁帶寬度(Eg≈0.95eV)極高的光吸收率(At λ700 nm, α6×105 cm-1)和優(yōu)異的電化學(xué)性能。
制備方法 編輯本段
水熱法:水熱法是一種以水溶液為反應(yīng)介質(zhì),在密閉反應(yīng)器中將溶液加熱到一定溫度,從而在反應(yīng)體系中創(chuàng)造高壓環(huán)境的無機(jī)合成和材料制備方法,設(shè)備簡(jiǎn)單、操作便捷、效率高、條件溫和、污染小等優(yōu)點(diǎn)。制備:以氯化亞鐵和硫代硫酸鈉為原料,采用水熱法合成了由二硫化鐵納米片堆疊而成的二硫化鐵微球。
溶劑熱法:溶劑熱法是一種以水熱法為基礎(chǔ),在高溫高壓環(huán)境下,以有機(jī)溶劑為反應(yīng)介質(zhì)的無機(jī)合成和材料制備方法其反應(yīng)條件溫和,合成產(chǎn)品純度高、分散性好,但產(chǎn)品結(jié)晶度一般不高。制備:以硝酸鐵和硫脲為原料,在溶劑熱反應(yīng)條件下制備了二硫化鐵;陳燕華等人以硫酸亞鐵和硫脲的混合物為前驅(qū)體,加入一定量的聚乙烯吡咯烷酮(PVP)作保護(hù)劑(分散劑)通過溶劑熱反應(yīng),在酸性和堿性環(huán)境下均可獲得結(jié)晶良好的FeS2納米晶。
硫化法:通過其它方法如水熱法、用溶劑熱法合成Fe前驅(qū)體,然后與S混合,在500℃硫化生成FeS2。硫化過程中,溫度過高時(shí),二硫化鐵分解,出現(xiàn)其他物質(zhì),導(dǎo)致FeS2不純。一般這種方法不是單獨(dú)使用,而是與其他方法配合使用。
機(jī)械合成:FeS2材料由單質(zhì)鐵粉和硫磺粉按一定比例混合而成。
礦床分布 編輯本段
沉積硫鐵礦礦床:該礦床數(shù)量多,總儲(chǔ)量大,分布范圍廣,但礦石品位低,礦層薄,機(jī)械化開采難度大,礦床規(guī)模大、中、有小的,也有幾個(gè)大的。
大陸火山-氣液礦床:該礦床可分為四種類型:火山構(gòu)造沉降硫鐵礦床、火山盆地玢巖黃鐵礦礦床、熱液充填黃鐵礦礦床和接觸交代黃鐵礦礦床。
海底火山礦床:該礦床多為中型及以上,硫品位高,常伴生銅、鉛、鋅、稀有金屬和貴金屬常以火山噴發(fā)為中心呈帶狀或成群出現(xiàn),可分為產(chǎn)于酸性火山巖中的礦床、出現(xiàn)在基性火山巖中的礦床、沉積巖中的礦床和深變質(zhì)巖中的黃鐵礦礦床。
主要用途 編輯本段
飾品:黃鐵礦是一種非常便宜的古代寶石。在英國(guó)維多利亞女王時(shí)代人們喜歡將這種形狀特殊具有觀賞價(jià)值的寶石加以裝飾它不僅可以用來打磨寶石,還可以作為珠寶玉石等工藝品的底座。
工業(yè):二硫化鐵是提取硫磺和生產(chǎn)硫酸的主要礦物原料,其中含有金、Co、鎳可以提取伴生元素。它也可以用作催化劑,如用于化肥生產(chǎn)的氨、從可再生生物質(zhì)合成烴燃料、為燃料電池和電動(dòng)汽車提取氫氣。
電子:二硫化鐵是一種很有前途的光電材料和電池材料。作為過渡金屬硫化物的典型代表,它具有合適的帶隙、二硫化鐵具有高光吸收率和優(yōu)異的電化學(xué)性能,可作為新一代光伏半導(dǎo)體材料;而且由于其遠(yuǎn)高于石墨的理論容量和贗電容特性,也可以作為高性能儲(chǔ)能器件的重要候選材料。
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