CN108033901A - 一种层状碳化二亚胺铁化合物的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种层状碳化二亚胺铁化合物的制备方法，步骤包括：铁的可溶盐与三聚氰胺在有机溶剂中进行反应得到前驱体，将得到的前驱体在氯化钾‑氯化锂复合熔盐中进行热分解反应得到具有层状结构的碳化二亚胺铁化合物，本发明首次采用铁的可溶盐与三聚氰胺的配合物作为制备碳化二亚胺铁的前驱体，避免了以往只能使用铁的熔盐与氨基氰为反应原料制备前驱体。其次，本发明铁离子与三聚氰胺形成的是片层金属有机骨架结构，有利于在熔盐热解反应过程中原位分解得到层状的碳化二亚胺铁化合物。

Description

一种层状碳化二亚胺铁化合物的制备方法
技术领域
本发明属于纳米材料领域，涉及碳化二亚胺铁化合物制备，具体涉及层状碳化二亚胺铁化合物的制备方法。
背景技术
碳化二亚胺铁FeNCN作为一种过渡金属与碳化二亚胺形成的新型化合物，具有十分独特的热学、磁学、光学特性越来越受到人们的研究兴趣。碳化二亚胺铁化合物在纳米电子学、催化、锂离子电池和高性能的复合材料等领域具有广泛的应用前景。目前制备碳化二亚胺铁的方法为前驱体热分解方法：在惰性环境下，采用二价铁的盐与氨基氰为反应原料，在氨水溶液反应得到前驱体；随后将前驱体在氯化钾-氯化锂复合熔盐中进行热分解得到。这种合成方法存在许多缺点，第一，合成使用的氨基氰原料存在毒性，合成前驱体的反应过程需要惰性气体保护，反应条件苛刻；其次，合成得到的前驱体在空气中不稳定，极易分解，从而为后续碳化二亚胺铁化合物的合成带来极大地不便。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于，提供一种层状碳化二亚胺铁化合物的制备方法，避免采用铁熔盐与氨基氰为反应原料带来的各种问题。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案予以实现：
一种层状碳化二亚胺铁化合物的制备方法，步骤包括：铁的可溶盐与三聚氰胺在有机溶剂中进行反应得到前驱体，将得到的前驱体在氯化钾-氯化锂复合熔盐中进行热分解反应得到具有层状结构的碳化二亚胺铁化合物。
上述步骤具体包括：铁的可溶盐与三聚氰胺在有机溶剂中常压进行反应得到具有层状结构的金属有机骨架化合物，将具有层状结构的金属有机骨架化合物作为前驱体在氯化钾-氯化锂复合熔盐中进行热分解反应得到具有层状结构的碳化二亚胺铁化合物。
铁的可溶盐和三聚氰胺物质的量比为1:1。
铁的可溶盐包括氯化铁、氯化亚铁、硝酸铁、硫酸铁或乙酸铁。
有机溶剂包括甲醇，乙醇或乙二醇。
所述的前驱体与氯化钾-氯化锂复合熔盐的质量比为1:10～1:20。
热分解反应的时间为2h～4h，温度为450℃～550℃。
本发明与现有技术相比，具有如下技术效果：
本发明首次采用铁的可溶盐与三聚氰胺的配合物作为制备碳化二亚胺铁的前驱体，避免了以往只能使用铁的熔盐与氨基氰为反应原料制备前驱体。
其次，本发明铁离子与三聚氰胺形成的是片层金属有机骨架结构，有利于在熔盐热解反应过程中原位分解得到层状的碳化二亚胺铁化合物。
本发明铁的可溶盐与三聚氰胺的配合物在空气保持良好的稳定性，有利于保存，也有利于后续的熔盐热解反应。
本发明整个合成反应所使用的原料价格低廉，大大降低了制备碳化二亚胺铁化合物的成本，并且前驱体的合成不需苛刻的反应条件，常压进行，易于工业化。
附图说明
图1为层状碳化二亚胺铁化合物的XRD图。
图2为层状碳化二亚胺铁化合物的SEM图。
以下结合实施例对本发明的具体内容作进一步详细解释说明。
具体实施方式
发明人研究发现：铁的可溶盐与三聚氰胺通过配位反应可以形成稳定的金属有机配合物，这种金属有机配合物在三维空间形成层状结构，随后在氯化钾-氯化锂复合熔盐中进行热分解，得到的碳化二亚胺铁化合物仍然维持前驱体的层状结构，得到层状碳化二亚胺铁化合物。
与目前公开制备的块状碳化二亚胺铁化合物相比，层状碳化二亚胺铁化合物具有高的比表面积、优异的电子传导性以及易于插成等优点，在锂离子电池、钠离子电池、超级电容器和电催化等领域都表现出优异的电化学性能。
图1是层状碳化二亚胺铁化合物的X-射线衍射图，从图中可以看出所有衍射峰都来自碳化二亚胺铁晶体，没有其他杂峰出现，表明通过本发明方法合成的碳化二亚胺铁化合物为纯相。
图2是层状碳化二亚胺铁化合物的扫描电镜图，从图中的截面可以明显观察碳化二亚胺铁的层状结构。
以下给出本发明的具体实施例，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。
实施例1
本实施例给出一种层状碳化二亚胺铁化合物的制备方法，步骤包括：
取100ml甲醇溶剂，向其中加入4.83克硝酸铁和2.5克三聚氰胺，置于磁力搅拌器上搅拌30min，将溶液移入烧瓶中，置于电热套中加热回流反应3h。反应结束后，过滤得到沉淀，无水乙醚洗涤干燥即为前驱体。取1克的前驱体，10克氯化钾氯化锂复合熔盐(物质的量比为59:41)混合置于研钵中充分研磨均匀，转移至氧化铝坩埚中，置于管式炉中加热分解，反应温度为450℃，反应时间为4h，反应过程中通入高纯氮气。得到的反应产物加水溶解，洗涤，干燥即得到碳化二亚胺铁化合物。
实施例2
本实施例给出一种层状碳化二亚胺铁化合物的制备方法，步骤包括：
取150ml乙醇溶剂，向其中加入2.53克氯化亚铁和2.5克三聚氰胺，置于磁力搅拌器上搅拌30min，将溶液移入烧瓶中，置于电热套中加热回流反应3h。反应结束后，过滤得到沉淀，无水乙醚洗涤干燥即为前驱体。取1克的前驱体，15克氯化钾氯化锂复合熔盐(物质的量比为59:41)混合置于研钵中充分研磨均匀，转移至氧化铝坩埚中，置于管式炉中加热分解，反应温度为550℃，反应时间为2h，反应过程中通入高纯氮气。得到的反应产物加水溶解，洗涤，干燥即得到碳化二亚胺铁化合物。
实施例3
本实施例给出一种层状碳化二亚胺铁化合物的制备方法，步骤包括：
取200ml乙二醇溶剂，向其中加入5.56克氯化亚铁和2.5克三聚氰胺，置于磁力搅拌器上搅拌30min，将溶液移入烧瓶中，置于电热套中加热回流反应3h。反应结束后，过滤得到沉淀，无水乙醚洗涤干燥即为前驱体。取1克的前驱体，20克氯化钾氯化锂复合熔盐(物质的量比为59:41)混合置于研钵中充分研磨均匀，转移至氧化铝坩埚中，置于管式炉中加热分解，反应温度为500℃，反应时间为3h，反应过程中通入高纯氮气。得到的反应产物加水溶解，洗涤，干燥即得到碳化二亚胺铁化合物。
实施例4
本实施例给出一种层状碳化二亚胺铁化合物的制备方法，步骤包括：
取200ml乙二醇溶剂，向其中加入4.92克乙酸铁和2.5克三聚氰胺，置于磁力搅拌器上搅拌30min，将溶液移入烧瓶中，置于电热套中加热回流反应3h。反应结束后，过滤得到沉淀，无水乙醚洗涤干燥即为前驱体。取1克的前驱体，20克氯化钾氯化锂复合熔盐(物质的量比为59:41)混合置于研钵中充分研磨均匀，转移至氧化铝坩埚中，置于管式炉中加热分解，反应温度为500℃，反应时间为3h，反应过程中通入高纯氮气。得到的反应产物加水溶解，洗涤，干燥即得到碳化二亚胺铁化合物。
对比例1
取200ml乙二醇溶剂，向其中加入4.92克乙酸铁和5克三聚氰胺，其中三聚氰胺过量一倍(即乙酸铁：三聚氰胺＝1:2)置于磁力搅拌器上搅拌30min，将溶液移入烧瓶中，置于电热套中加热回流反应3h。反应结束后，过滤得到沉淀，无水乙醚洗涤干燥即为前驱体。取1克的前驱体，20克氯化钾氯化锂复合熔盐(物质的量比为59:41)混合置于研钵中充分研磨均匀，转移至氧化铝坩埚中，置于管式炉中加热分解，反应温度为500℃，反应时间为3h，反应过程中通入高纯氮气。得到的反应产物加水溶解，洗涤，干燥，分析得到的产物为碳化二亚胺镍化合物和氮化碳的混合物。
对比例2
取200ml乙二醇溶剂，向其中加入9.84克乙酸铁和2.5克三聚氰胺，其中乙酸铁过量一倍(即乙酸铁：三聚氰胺＝2:1)，置于磁力搅拌器上搅拌30min，将溶液移入烧瓶中，置于电热套中加热回流反应3h。反应结束后，过滤得到沉淀，无水乙醚洗涤干燥即为前驱体。取1克的前驱体，20克氯化钾氯化锂复合熔盐(物质的量比为59:41)混合置于研钵中充分研磨均匀，转移至氧化铝坩埚中，置于管式炉中加热分解，反应温度为500℃，反应时间为3h，反应过程中通入高纯氮气。得到的反应产物加水溶解，洗涤，干燥，分析得到的产物为碳化二亚胺镍化合物和氧化铁的混合物。

Claims (7)

1.一种层状碳化二亚胺铁化合物的制备方法，其特征在于，步骤包括：铁的可溶盐与三聚氰胺在有机溶剂中进行反应得到前驱体，将得到的前驱体在氯化钾-氯化锂复合熔盐中进行热分解反应得到具有层状结构的碳化二亚胺铁化合物。
2.如权利要求1所述制备方法，其特征在于，步骤包括：铁的可溶盐与三聚氰胺在有机溶剂中常压进行反应得到具有层状结构的金属有机骨架化合物，将具有层状结构的金属有机骨架化合物作为前驱体在氯化钾-氯化锂复合熔盐中进行热分解反应得到具有层状结构的碳化二亚胺铁化合物。
3.如权利要求1或2所述制备方法，其特征在于，铁的可溶盐和三聚氰胺物质的量比为1:1。
4.如权利要求1或2所述制备方法，其特征在于，铁的可溶盐包括氯化铁、氯化亚铁、硝酸铁、硫酸铁或乙酸铁。
5.如权利要求1或2所述制备方法，其特征在于，有机溶剂包括甲醇，乙醇或乙二醇。
6.如权利要求1或2所述制备方法，其特征在于，所述的前驱体与氯化钾-氯化锂复合熔盐的质量比为1:10～1:20。
7.如权利要求1或2所述制备方法，其特征在于，热分解反应的时间为2h～4h，温度为450℃～550℃。
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CN110961136A (zh) * 2019-12-18 2020-04-07 西安工业大学 一种三维可连续结构的Fe3N包覆的FeNCN复合物及其制备方法

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