乙醇钽的制备和应用

背景及概述^[1]

钽的醇盐主要是甲醇钽、乙醇钽、丙醇钽、丁醇钽及异丁醇钽。其中以乙醇钽的应用最为广泛。钽的醇盐可以溶解在大部分的有机物中，所以它是氧化钽的理想的前驱体。钽和钽的大部分化合物都比较稳定。金属钽与乙醇在通常条件下不发生反应。目前乙醇钽的合成方法主要有两种，一种是氯化物化合法；另一种是“牺牲”阳极法。

制备^[1]

1、氯化物化合法

氯化物化合法生产乙醇钽是一种比较常用的方法，工艺比较成熟。氯化物对设备及工艺都有着比较高的要求。主要的原因是因为原材料五氯化钽及产品乙醇钽都容易和空气中的水汽反应。五氯化钽与乙醇反应时会放出大量的热量，原材料中的稀释剂及乙醇都是易燃易爆的液体，在中试或者生产中必须控制反应速度。五氯化钽与乙醇反应会产生高浓度的氯化氢，容易腐蚀设备。原材料中的稀释剂采用芳香烃，毒性较高。目前，正在相关单位正在研究以其它的低毒有机溶剂代替芳香烃的氯化合成过程。氯化法化合法主要特点是，合成速度快，设备投入小。由于原材料氯化钽与乙醇反应迅速并生成大量的热必须采用惰性的稀释剂控制反应速度。惰性稀释剂主要采用芳香烃，给操作人员健康和安全带来了一定的风险。含有芳香烃的废料难以处理。这种方法必须有充足五氯化钽原料和相关安环设备及措施保证。

2. “牺牲”阳极法

电解法也是一种新的生产乙醇钽的方法。其主要的工艺是以钽片为电极阳极，以不锈钢等为阴极。

电解阳极上:Ta－5e=Ta⁵⁺

电解阴极上:2ＲOH+2e=Ｒ^－+H₂↑

电解总反应:2Ta+10ＲOH=2Ta(OＲ)₅+5H₂↑

Ｒ代表的烷基，反应发生成无水的醇中。反应溶液中添加一些导电质。例如:HCl，LiCl，NH₄Cl等，也可以添加氯化钽。

电解后必须经过沉淀、过滤、普通蒸馏、减压蒸馏等过程。

电解法采用高纯钽片，必须控制原材料中的铌含量。

电解法主要特点是:工艺简单，过程中有氢气生成并且放出大量的热，在实验及生产过程中必须注意安全。使用的钽材料比较容易获取，操作环境污染少，未使用芳香烃等低毒有机溶剂。但是由于电解速度较慢，电解设备投入较氯化法投入大，适合大批量生产。

应用^[2-3]

乙醇钽可以用于通过化学气相沉积(CVD)来沉积制备氧化钽或者金属钽涂层；乙醇钽水解然后加热也可以生成氧化钽粉末，可以生产高纯级氧化钽。美国使用乙醇钽为前驱体，生产出了高比面积的氧化钽薄膜。这种薄膜表现出良好的光学活性，在太阳能电池、光催化剂方面都有潜在的应用。乙醇钽可以通过等离子技术，生成超细的碳化钽粉体。乙醇钽在表面涂层的主要应用是制备氮化钽或者氧化钽。因为氮化钽及氧化钽具有较高的介电性和稳定性，其主要应用在电子元件的保护层及介电层。乙醇钽可以在电路板中生成具有高熔点和微晶粒的结构的氮化钽。这种氮化层结构在电路板中，可以使铜与硅或二氧化硅接触后的扩散得到抑制。另外，也有研究指出，氮化钽能够忍受比其它阻障金属更高的温度而不会退化，因此乙醇钽为前驱体的钽和氮化钽是较优越的铜制程阻障层。

应用一、CN201310203599.4涉及一种球形五氧化二钽的制备方法和应用，以乙醇钽为原料，先配置含有一定量的乙醇钽溶液然后明火点燃，溶液燃烧的过程中产生水和CO₂，乙醇钽与产生的水在界面发生水解反应，随着燃烧过程的进行，不断在界面产生Ta₂O₅，最终溶液完全燃烧而消失，形成Ta₂O₅球状粉体材料。实验表明，所制备的纳米球形Ta₂O₅粉末可用于光催化降解有机污染物，也可应用于制备染料敏化太阳能电池光阳极。本发明方法与现有技术相比，工艺简单，无需特殊设备，无任何废液产生，能实现生产过程的节能减排。

应用二、CN201710713489.0涉及微弧氧化制备镁及镁合金表面含钽涂层的溶液配方及工艺，公开了溶液配方，其中包括硅酸钠、磷酸三钠、氢氧化钠、乙醇钽、水，配方中的乙醇钽可用草酸钽代替，水为溶剂。还公开了涂层的制备工艺：将试样用砂纸打磨、冷水清洗、丙酮除油、乙醇超声清洗，然后配制溶液，再将试样与微弧氧化设备的阳极连接、不锈钢片为阴极，阴极、阳极放入配制好的溶液，冷却并搅拌溶液，启动微弧氧化设备，涂层制备完成关闭微弧氧化设备，卸样、清洗、烘干。所得涂层结合力好、组织均匀，既能提高镁及镁合金的抗腐蚀性能，又能改善其生物相容性。本发明制备涂层所需设备简单，工艺稳定可靠、易于实现。

参考文献

[1]鲁东,马应利,郑培生,聂全新,张伟宁.乙醇钽的制备方法及其应用简析[J].广州化工,2016,44(16):186-187+226.

[2]CN201310203599.4一种球形五氧化二钽的制备方法及应用

[3]CN201710713489.0微弧氧化制备镁及镁合金表面含钽涂层的溶液配方及工艺