B-C-N和C-N化合物的化學(xué)合成與表征.pdf

1、B-C-N和C-N化合物的合成是目前輕元素材料研究領(lǐng)域關(guān)注的焦點(diǎn)問題。本文綜述了近年來B-C-N和C-N化合物研究進(jìn)展，提出了目前對(duì)于兩種化合物實(shí)驗(yàn)合成中存在的問題。研究了通過溶劑熱反應(yīng)和化學(xué)還原反應(yīng)的途徑合成B-C-N和C-N化合物的可能性。 以硼氮化鈣(Ca<,3>B<,2>N<,4>)和四氯化碳(CCl<,4>)為原料，在350～550℃下，對(duì)溶劑熱合成B-C-N化合物的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了研究。采用X射線衍射(XRD)、X射線能譜

2、(EDS)、傅立葉紅外光譜(FTIR)、透射電子顯微鏡(TEM)和電子能量損失譜(EELS)等分析手段對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行了分析。結(jié)果表明，該反應(yīng)的最佳反應(yīng)溫度在400～450℃。在400℃和1450℃的實(shí)驗(yàn)獲得了三種不同成分的六方B-C-N化合物單晶。其中400℃下所得的樣品中包含富氮的BCN<,2>和貧碳的BC<,x>N(x<1)化合物。而在450℃下所得樣品中則含有富碳的BC<,2.5>N和貧碳的BC<,x>N(x<1)化合物。從不同反應(yīng)溫

3、度對(duì)于生成產(chǎn)物的影響入手，研究了該反應(yīng)體系的化學(xué)反應(yīng)機(jī)制。采用第一性原理計(jì)算方法對(duì)六方BCN<,2>晶體進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，具有AA堆垛的h-BCN<,2>-Ⅵ層狀結(jié)構(gòu)具有最低的總能量，其結(jié)構(gòu)最穩(wěn)定。電子能帶結(jié)構(gòu)和態(tài)密度計(jì)算結(jié)果表明具有層狀類h-BN結(jié)構(gòu)的BCN<,2>在費(fèi)米面上沒有帶隙，具有金屬特性，是一種良好的導(dǎo)電材料。 以三溴化硼(BBr<,3>)、氮化鋰(Li<,3>N)并NCCl<,4>為原料，金屬鈉為還原劑，通過化

4、學(xué)還原的方法，在400℃下一次合成了C<,3>N和BC<,2>N兩種化合物。所合成的C<,3>N化合物為非晶結(jié)構(gòu)，且具有一種特殊的空心球狀形貌；BC<,2>N化合物為六方結(jié)構(gòu)，片狀形貌。其晶格參數(shù)為a=2.4 A，c=6．6 A。通過在相同實(shí)驗(yàn)條件下是否加入金屬鈉對(duì)反應(yīng)最終產(chǎn)物的影響入手，對(duì)反應(yīng)的機(jī)制進(jìn)行了推測。 對(duì)以氰尿酰氯(C<,3>N<,3>Cl<,3>)和氯化銨(NH<,4>Cl)為原料，通過無溶劑合成的方法合成碳氮化合

5、物的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，該反應(yīng)的最佳反應(yīng)溫度為400℃。該條件下獲得了一種黃褐色的碳氮化合物粉末。XRD、TEM和EELS分析結(jié)果表明，產(chǎn)物中主相為類石墨結(jié)構(gòu)的碳氮化合物。此外，在樣品中還包含少量尺寸在2～3 nm左右、以聚集態(tài)存在的a-C<,3>N<,4>相。其晶格參數(shù)為a=6.47 A，c=4.71 A。 以BBr<,3>和ICCl<,4>為原料，金屬鈉為還原劑，通過化學(xué)還原反應(yīng)的途徑，在較低的溫度下(700℃)下合成