CN111960391A - 一种五唑钠的高压制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及富氮材料制备技术领域，提供了一种五唑钠的高压制备方法。本发明将叠氮化钠装填在金刚石对顶砧样品腔中，然后对样品腔内的叠氮化钠进行加压，得到五唑钠；所述加压的压力为21.6GPa以上。本发明提供的方法通过简单的一步加压处理即可得五唑钠，无需加热，也无需加入任何传压介质，整个过程不会引入其他杂质，既节省了合成成本，又不会污染环境，方法简单，安全可靠。

Description

一种五唑钠的高压制备方法
技术领域
本发明涉及富氮材料制备技术领域，尤其涉及一种五唑钠的高温高压制备方法。
背景技术
早期的五唑化学研究主要集中在芳基五唑的取代基效应和化合物稳定性等方面，但均未能成功制备出在室温下稳定存在的五唑化合物。2017年，我国科学家首次在低温条件下经过氧化切断的方法制备出稳定的五唑离子盐(N5)6(H3O)3(NH4)4Cl，引起了富氮含能材料领域的广泛关注。目前，五唑材料的研究取得了一系列突破性进展，已成功制备出两种简单二元五唑离子盐。2017年，Oleynik等人通过理论预测结合实验成功地在60GPa的高压下得到了五唑金属盐(CsN5)的晶体。2018年，Loubeyre等人报道了合成五唑金属盐(LiN5)晶体的方法，并通过拉曼光谱法、质谱实验和X射线衍射测量证实了LiN5的形成。目前为止，简单二元五唑材料的制备仍是一项具有挑战性的工作。
叠氮化钠(NaN3)是一种典型的金属叠氮化合物，是一种无色、无味的固态颗粒状晶体。溶于水和液氨，微溶于乙醇，不溶于乙醚，加热到410℃时会分解成金属钠和氮气，叠氮化钠具有爆炸危险性，无着火危险性，与其他金属叠氮化物相比具有热稳定性。由于其特殊的物理化学性质，使得叠氮化钠广泛地应用于医药、炸药、相片制剂、合成树脂、农药、化学合成、生物等领域。但是，目前尚未有关于高压下叠氮化钠解离与重组的研究报道。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种五唑钠的高压制备方法。本发明在高压下获得了五唑钠结构，无需加热，无需加入传压物质，方法简单，成本低，安全可靠。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
一种五唑钠的高压制备方法，包括以下步骤：
将叠氮化钠装填在金刚石对顶砧样品腔中，然后对样品腔内的叠氮化钠进行加压，得到五唑钠；所述加压的压力为21.6GPa以上。
优选的，所述加压的压力为21.6～57.9GPa。
优选的，所述加压的压力为31.2～57.9GPa。
优选的，所述样品腔的直径为50～100μm。
优选的，所述装填叠氮化钠时，使叠氮化钠将样品腔完全充满，样品腔内不留缝隙。
优选的，所述样品腔的形成方法为：使用金刚石对顶砧压机预压钢片，并在压痕中心钻孔，以该孔作为样品腔。
优选的，所述样品腔中还装填有压标，所述压标为掺铬的红宝石球。
本发明提供了一种五唑钠的高压制备方法，包括以下步骤：将叠氮化钠装填在金刚石对顶砧样品腔中，然后对样品腔内的叠氮化钠进行加压，得到五唑钠；所述加压的压力为21.6GPa以上。本发明提供的方法通过简单的一步加压处理即可得五唑钠，无需加热，也无需加入任何传压介质，整个过程不会引入其他杂质，既节省了合成成本，又不会污染环境，方法简单，安全可靠。
附图说明
图1为实施例1所得产物的Raman散射光谱；
图2为实施例1所得产物的XRD图谱；
图3为实施例2所得产物的Raman散射光谱；
图4为实施例2所得产物的XRD图谱；
图5为实施例3所得产物的Raman散射光谱；
图6为实施例3所得产物的XRD图谱。
具体实施方式
本发明提供了一种五唑钠的高压制备方法，包括以下步骤：
将叠氮化钠装填在金刚石对顶砧样品腔中，然后对样品腔内的叠氮化钠进行加压，得到五唑钠；所述加压的压力为21.6GPa以上。
在本发明中，所述样品腔的形成方法优选为：使用金刚石对顶砧压机预压钢片，并在压痕中心钻孔，以该孔作为样品腔；所述金刚石对顶砧压机的砧面直径优选为300μm，所述样品腔的直径优选为50～100μm。
形成样品腔后，本发明将叠氮化钠装填在样品腔中。在本发明中，所述叠氮化钠优选为叠氮化钠粉末；装填叠氮化钠时，使叠氮化钠将样品腔完全充满，样品腔内不留缝隙；在本发明的具体实施例中，具体是使用过量的叠氮化钠进行装填，以保证样品腔完全充满。
在本发明中，所述样品腔中优选还装填有压标，所述压标为掺铬的红宝石球，所述压标用于测量金刚石压腔内的压力值。在本发明的具体实施例中，优选先将压标装填到样品腔中，再加入叠氮化钠将样品腔完全充满。
装填完成后，本发明对样品腔中的叠氮化钠进行加压，得到五唑钠；所述加压的压力为21.6以上，优选为21.6～57.9GPa，优选为31.2～57.9GPa，最优选为57.9GPa。所述加压具体为旋紧金刚石对顶砧，使位于两个金刚石对顶面之间的样品腔获得高压。在高压条件下，叠氮化钠解离重组得到五唑钠(NaN5)，同时产生二氮钠(NaN2)，本发明在加压过程中不添加传压介质，从而产生非静水压环境，使样品腔内部能够产生剪切力，剪切力能够促进反应的发生；本发明通过控制加压的压力，使五唑钠能够发生解离重组，且随着压力的增加，得到的五唑钠越多。
下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。
实施例1
利用砧面为300μm的金刚石对顶砧压机预压钢片，并在压痕中心钻直径为100μm的圆孔，该圆孔作为装入原料的样品腔。先添加掺杂了少量铬的红宝石球作为压标，然后将过量的叠氮化钠粉末填装到样品腔中，将样品腔完全充满，不添加任何其他介质作为传压介质，进行加压。当压力升高至21.6GPa时，部分叠氮化钠解离重组得到五唑钠(NaN5)和二氮钠(NaN2)。所得产物的Raman散射光谱和X射线衍射谱见图1和图2。
根据图1可以看出，在21.6GPa时产物的Raman散射光谱图中除位于180～600cm-1范围及1446cm-1处代表NaN3的拉曼振动峰外，在838cm-1和1173cm-1位置处出现了非常微弱的宽包，这表明出现了微量的NaN5。
根据图2可以看出：在21.6GPa时产物的XRD衍射图谱中，16.02°和17.1°出现了属于NaN5和NaN2的衍射峰，表明产物中有微量的NaN5和NaN2生成。
实施例2
压机、样品腔和叠氮化钠粉末的装填方式同实施例1。当压力升高至31.2GPa时，部分叠氮化钠解离重组得到五唑钠(NaN5)和二氮钠(NaN2)。产物的Raman散射光谱和X射线衍射谱见图3和图4。
根据图3可以看出：在31.2GPa时产物的Raman散射光谱图中位于180～600cm-1范围内代表NaN3的拉曼振动峰宽化，由五个振动峰变为三个峰和一个大宽包，在845和1180cm-1位置处的宽包强度稍有增强，这表明出现的NaN5量有所增多，少量NaN5出现。
根据图4可以看出：在31.2GPa时产物的XRD衍射图谱中，16.6°和17.5°处属于NaN5和NaN2的衍射峰强度变强，表明产物中有微量的NaN5和NaN2生成。
实施例3
压机、样品腔和叠氮化钠粉末装填方式同实施例1。当压力升高至57.9GPa时，部分叠氮化钠解离重组得到五唑钠(NaN5)和二氮钠(NaN2)。制得的含有较多五唑钠(NaN5)，产物的Raman散射光谱和X射线衍射谱见图5和图6。
根据图5可以看出，在57.9GPa时产物的Raman散射光谱图中位于180-600cm-1范围内代表NaN3的三个拉曼振动峰进一步宽化，由三个振动峰变为两个峰和两个宽包，在857和1191cm-1位置处的宽包变得尖锐且强度也有增强，这表明出现的NaN5量进一步增多，NaN5较多的出现。
根据图6可以看出：在57.9GPa时产物的XRD衍射图谱中，17.6°和18.2°处属于NaN5和NaN2的衍射峰强度变强，表明产物中有大量的NaN5和NaN2生成。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种五唑钠的高压制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将叠氮化钠装填在金刚石对顶砧样品腔中，然后对样品腔内的叠氮化钠进行加压，得到五唑钠；所述加压的压力为21.6GPa以上。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述加压的压力为21.6～57.9GPa。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述加压的压力为31.2～57.9GPa。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述样品腔的直径为50～100μm。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述装填叠氮化钠时，使叠氮化钠将样品腔完全充满，样品腔内不留缝隙。
6.根据权利要求1或4所述的制备方法，其特征在于，所述样品腔的形成方法为：使用金刚石对顶砧压机预压钢片，并在压痕中心钻孔，以该孔作为样品腔。
7.根据权利要求1或5所述的制备方法，其特征在于，所述样品腔中还装填有压标，所述压标为掺铬的红宝石球。
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