RU2337185C1 - Способ получения кристаллического нитрида углерода c3n4 - Google Patents

Способ получения кристаллического нитрида углерода c3n4 Download PDF

Info

Publication number
RU2337185C1
RU2337185C1 RU2007123886/15A RU2007123886A RU2337185C1 RU 2337185 C1 RU2337185 C1 RU 2337185C1 RU 2007123886/15 A RU2007123886/15 A RU 2007123886/15A RU 2007123886 A RU2007123886 A RU 2007123886A RU 2337185 C1 RU2337185 C1 RU 2337185C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
chamber
carbon nitride
reaction
vessel
crystalline carbon
Prior art date
Application number
RU2007123886/15A
Other languages
English (en)
Inventor
Александр В чеславович Семенча (RU)
Александр Вячеславович Семенча
Владимир Александрович Ананичев (RU)
Владимир Александрович Ананичев
Лев Николаевич Блинов (RU)
Лев Николаевич Блинов
Original Assignee
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский Государственный политехнический университет" (ГОУ СПбГПУ)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский Государственный политехнический университет" (ГОУ СПбГПУ) filed Critical Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский Государственный политехнический университет" (ГОУ СПбГПУ)
Priority to RU2007123886/15A priority Critical patent/RU2337185C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2337185C1 publication Critical patent/RU2337185C1/ru

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B21/00—Nitrogen; Compounds thereof
    • C01B21/06—Binary compounds of nitrogen with metals, with silicon, or with boron, or with carbon, i.e. nitrides; Compounds of nitrogen with more than one metal, silicon or boron
    • C01B21/0605—Binary compounds of nitrogen with carbon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B25/00—Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/10—Inorganic compounds or compositions
    • C30B29/36—Carbides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/10—Inorganic compounds or compositions
    • C30B29/38—Nitrides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B7/00—Single-crystal growth from solutions using solvents which are liquid at normal temperature, e.g. aqueous solutions

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

Изобретение относится к области химии и может быть использовано для синтеза кристаллического нитрида углерода C3N4. Предварительно рассчитывают количества нитрида углерода C3N4 и тетрахлорида углерода CCl4, отвечающих уравнению реакции 3CCl4+4NН3=C3N4+12НСl. Далее в реакционную камеру вводят рассчитанное количество жидкого NH3 в герметичном сосуде и тетрахлорид углерода CCl4. Камеру герметизируют, вскрывают в ней сосуд с NH3, нагревают до температуры 195-200° и выдерживают в течение 1,5-2 часов до окончания реакции и получения кристаллического нитрида углерода. Способ получения кристаллического нитрида углерода C3N4 является экономичным, т.к. протекает при более низких температурах, скорость процесса образования кристаллического нитрида углерода высокая, что приводит к уменьшению времени синтеза.

Description

Изобретение относится к области химии и может быть использовано для синтеза кристаллического нитрида углерода C3N4.
Известен способ получения кристаллического нитрида углерода С3N4 [Valery N. Khabasbesku, John L. Margrave, John L. Zimmerman. Powder Synthesis and characterization of amorphous carbon nitride, А-С3N4. Patent No.: US 6,428,762 B1. Date of Patent: Aug.6, 2002], включающий тонкое размельчение C3N3Cl3 и Li3N и перемешивание в заполненном N2 боксе, загрузку порошка в реакционную камеру из нержавеющей стали, герметизацию, подвешивание реакционной камеры вертикально в печи, нагревание до 320-400°С с вибрационным перемешиванием, выдержку в течение 2-4 часов и охлаждение до комнатной температуры.
Существенным недостатком способа является использование твердых реагентов. В этом способе для увеличения скорости реакции, протекающей на поверхности раздела твердых фаз, необходимо увеличение поверхности раздела путем тонкого измельчения реагентов и вибрационного перемешивания. Увеличение скорости реакции этим способом требует также дополнительного повышения температуры и времени синтеза. Кроме того, способ не позволяет ввести строго заданное количество компонентов x и y для CxNy, что приводит к уменьшению выхода нитрида углерода С3N4.
Известен способ получения кристаллического нитрида углерода C3N4 [Yu-Jun Bai, Во Lu, Zhen-Gang Xu, Ling Li, Xian-Gang Xu, Qi-Long Wang. Solvothermal preparation of graphite-like C3N4 nanocrystals. Jounal of Cristal Growth 247 {2003} 505-508], выбранный за прототип. Он включает загрузку CCl4 и NH4Cl в реакционную камеру из нержавеющей стали, нагревание до 400°С, выдержку в течение 20 часов, охлаждение до комнатной температуры и удаление побочных продуктов.
Существенным недостатком этого способа получения является использование в качестве реагента NH4Cl, в результате чего процесс образования С3N4 возможен лишь после стадии разложения NH4Cl при нагревании до 400°С и выдержки в течение 20 часов при этой температуре согласно уравнениям реакций:
NH4Cl=HCl+NH3,
CCl4+NH3=C3N4+HCl.
Способ не позволяет ввести в реакционную камеру количество компонентов, отвечающих уравнению реакции 3CCl4+4NH3=C3N4+12HCl, что ведет к снижению скорости реакции, высокой температуре протекания реакции и длительному времени синтеза.
Задачей изобретения является увеличение скорости процесса, снижение температуры и времени синтеза кристаллического нитрида углерода С3N4.
Предложен способ получения кристаллического нитрида углерода C3N4. Предварительно рассчитывают нитрид углерода С3N4 и тетрахлорид углерода CCl4 в количествах, отвечающих уравнению реакции 3CCl4+4NH3=С3N4+12HCl, и выход кристаллического нитрида углерода С3N4. Далее в реакционную камеру вводят определенное количество жидкого NH3 в герметичном сосуде и тетрахлорид углерода CCl4. Камеру герметизируют, вскрывают в ней сосуд с NH3, нагревают до температуры 195-200° и выдерживают в течение 1,5-2 часов до окончания реакции и получения готового продукта, т.е. кристаллического С3N4.
Введение жидкого аммиака NH3 в реакционную камеру в герметичном сосуде исключает стадию разложения NH4Cl=HCl+NH3 при нагревании, что ускоряет процесс синтеза и снижает его температуру до 195-200°С и предотвращает взаимодействие между компонентами CCl4 и NH3 в процессе загрузки, исключает их потерю.
Валентные возможности атомов углерода и азота позволяют получать химически устойчивые соединения нитрида углерода с различным содержанием азота и углерода, поэтому необходимо вводить в реакционную камеру определенные количества компонентов, соответствующих данному составу нитрида углерода. Введение жидкого NH3 в герметичном сосуде и тетрахлорида углерода в количествах, отвечающих уравнению реакции 3CCl4+4NH3=C3N4+12HCl, исключает протекание побочных реакций и, следовательно, образование побочных продуктов согласно уравнению реакции CCl4+NH3=CxNy+NH4Cl, где x не равен 3, a y не равен 4, и, как следствие, ускоряет процесс синтеза.
Вскрытие сосуда с жидким NH3 после герметизации реакционной камеры обеспечивает в ней дополнительное давление, которое ускоряет процесс синтеза и стимулирует образование кристаллической фазы.
Нагревание камеры до 195-200°С обеспечивает перевод компонентов шихты в газообразное состояние и гомофазное взаимодействие NH3 с CCl4 с образованием кристаллического С3N4 и HCl, а выдержка в течение 1,5-2 часов обеспечивает полное взаимодействие между компонентами.
Нагревание ниже 195°С приводит к резкому снижению образования кристаллического нитрида углерода С3N4, а нагревание реакционной камеры выше 200°С нецелесообразно, так как реакция образования кристаллического нитрида углерода С3N4 заканчивается при 200°С в течение 2 часов.
Пример 1. Предварительно согласно уравнению реакции: 3CCl4+4NH3=C3N4+12HCl рассчитывали количества жидкого аммиака NH3 и тетрахлорида углерода CCl4, что составило 0,1150 г NH3 и 0,7790 г CCl4. В отсек реакционной камеры в герметичном сосуде помещали 0,1150 г NH3 и 0,7790 г CCl4, после чего камеру герметизировали. Далее вскрывали сосуд с аммиаком. Реакционную камеру нагревали до 200°С и выдерживали в течение 1,5 часов, после чего камеру охлаждали на воздухе, вскрывали камеру и удаляли побочный продукт HCl. Выход кристаллического нитрида углерода C3N4 составил 92% от рассчитанного по уравнению реакции 3CCl+4NH3=С3N4+12HCl.
Пример 2. Аналогично первому примеру рассчитывали количества жидкого аммиака NH3 и тетрахлорида углерода CCl4, что составило 0,1560 г NH3 и 1,0567 г CCl4. В отсек реакционной камеры в герметичном сосуде помещали NH3 и CCl4, после чего камеру герметизировали. Далее вскрывали сосуд с аммиаком. Реакционную камеру нагревали до 195°С и выдерживали в течение 2 часов, после чего камеру охлаждали на воздухе, вскрывали камеру и удаляли побочный продукт HCl. Выход кристаллического нитрида углерода С3N4 составил 88,5% от рассчитанного по уравнению реакции 3CCl4+4NH3=С3N4+12HCl.
Из приведенных выше примеров видно, что процесс получения кристаллического нитрида углерода С3N4 протекает при более низких температурах, скорость процесса по сравнению с прототипом возросла, что привело к уменьшению времени синтеза.

Claims (1)

  1. Способ получения кристаллического нитрида углерода, включающий загрузку в реакционную камеру тетрахлорида углерода, нагревание камеры и выдержку и удаление побочных продуктов, отличающийся тем, что в реакционную камеру дополнительно вводят жидкий аммиак в герметичном сосуде и тетрахлорид углерода в предварительно рассчитанных количествах, отвечающих уравнению реакции 3CCl4+4NH3=C3N4+12HCl, камеру герметизируют, вскрывают в ней сосуд с аммиаком, нагревают до температуры 195-200°С и выдерживают в течение 1,5-2 ч при этой температуре до окончания реакции.
RU2007123886/15A 2007-06-25 2007-06-25 Способ получения кристаллического нитрида углерода c3n4 RU2337185C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007123886/15A RU2337185C1 (ru) 2007-06-25 2007-06-25 Способ получения кристаллического нитрида углерода c3n4

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007123886/15A RU2337185C1 (ru) 2007-06-25 2007-06-25 Способ получения кристаллического нитрида углерода c3n4

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2337185C1 true RU2337185C1 (ru) 2008-10-27

Family

ID=40042046

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2007123886/15A RU2337185C1 (ru) 2007-06-25 2007-06-25 Способ получения кристаллического нитрида углерода c3n4

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2337185C1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2690810C1 (ru) * 2018-10-05 2019-06-05 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Научно-технологический центр уникального приборостроения Российской академии наук (НТЦ УП РАН) Способ получения нитрида углерода, обладающего аномально высоким уровнем флуоресценции под действием лазерного излучения видимого диапазона

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Yu-Jun Bai et. al. Solvothermal preparation of graphite - like C 3 H 4 nanocrystals, Journal of Crystal Growth, 247 (2003), p.505-508. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2690810C1 (ru) * 2018-10-05 2019-06-05 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Научно-технологический центр уникального приборостроения Российской академии наук (НТЦ УП РАН) Способ получения нитрида углерода, обладающего аномально высоким уровнем флуоресценции под действием лазерного излучения видимого диапазона

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105731464B (zh) 制备三甲硅烷基胺的方法
US7708971B2 (en) Method for preparing carbon nitride C3N4
JP6016899B2 (ja) 硫化リチウムの製造方法
CN101891165A (zh) 大结晶六方氮化硼生产方法
CN106714801B (zh) 连续流羧基化反应
Zendah et al. Thermochemical and kinetic studies of the acid attack of “B” type carbonate fluorapatites at different temperatures (25–55)° C
RU2337185C1 (ru) Способ получения кристаллического нитрида углерода c3n4
JP2010517903A5 (ru)
JP3592368B2 (ja) ２−ｈ−ヘプタフルオルプロパンの製造方法
JPS60155507A (ja) 窒化ほう素の連続的製造方法
JPH01119505A (ja) 粉末状窒化珪素の製法
RU2097321C1 (ru) Способ получения гексафторсиликата аммония
US2834650A (en) Production of boron nitride
CN102815686B (zh) 碳酰氟的制造方法
JP5043632B2 (ja) 六方晶窒化ホウ素の製造方法
US3411882A (en) Production of boron nitride
JPS61134393A (ja) カルボン酸トリメチルシリルエステル及びトリメチルシリルカルボン酸アミドを同時に製造する方法
Jini et al. The growth, spectral and thermal properties of the coordination compound crystal‐strontium malate
JPS5820799A (ja) 炭化珪素ウイスカ−の製造法
CN205133153U (zh) 一种生产氮化硅的系统
CN103771420A (zh) 氯化盐诱导可控制备特定晶相过渡金属硅化物材料的方法
RU2445257C2 (ru) Способ получения кремния
JP4136761B2 (ja) 二フッ化キセノンの精製方法
CN104610336A (zh) 一种硅氢化合物的制备方法
RU2421401C1 (ru) Способ получения фторида алюминия

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20130626