Grafitga o'xshash nitrid ferromagnitga aylanadi. Uglerod nitridi - organik elektronika uchun yangi materiallar sinfi

Ko'mirdagi nitridiylar uglerod va azotning yarmidan iborat.

Kovalent bog'lanish

Uglerod beta nitridi b-C 3 N 4 formulali qattiq nutq bo'lib, prognozlarga ko'ra olmos uchun mustahkam bo'ladi.

Ko'mirdagi grafit nitridi - g-C 3 N 4, muhim katalitik quvvatga ega bo'lishi mumkin.

Beta nitridi karbonli(b-C 3 N 4) ê biz materialni qattiqlashtiramiz, prognozlarga ko'ra, olmosni qattiqlashtiramiz.

Ilgari ishlatilgan material 1985 yilda Marvin Koen va Emili Liu tomonidan taklif qilingan. Kristalli bog'lanishlarning tabiatiga qarab, hid uglerod va azot atomlari spívvídnoshenni 1: 1.3 da barqaror kristall devorlarda ayniqsa qisqa va kuchli aloqalar o'rnatishi mumkinligini ko'rsatishga ruxsat berildi. Materialning o'zi Mohs shkalasidagi olmos uchun mustahkam bo'ladi, chunki u birinchi marta 1989 yilda ilgari surilgan. ] .

Material turli xil jinslarni ishlab chiqish va sintez qilish uchun muhimdir. Qolgan soatlarda beta-uglerod nitridi ishlab chiqarishga erishildi. Misol uchun, mexanokimyoviy ishlov berishda ishtirok etish uchun qo'shimcha yondashuv uchun beta-nitridli uglerodli materialning nano o'lchamdagi kristallari va nanorodlari olib tashlandi.

Grafit nitridi karbonli(g-C 3 N 4) - umumiy formulali C 3 N 4 va geptazin davrlariga asoslangan tuzilishga ega bo'lgan oila bo'lib, ular reaktsiyaning ongiga qarab, kondensatsiya, quvvat va reaktsion xususiyatning boshqa darajasiga ega bo'lishi mumkin.

Nutq (inglizcha)) birinchi marta M. Koenning 1985 va 1989 yillardagi asarlarida taklif qilingan (E. Liu hammuallifligida qolgan). 3:4 nisbatda uglerod va azot atomlari barqaror kristall eritmada ayniqsa qisqa va kuchli aloqalarni hosil qilishi mumkin degan taxmin bor edi. Zgídno z rosrahunkami tsya nutqi kamida olmos kabi qattiq bo'lishi mumkin.

Koenning tadqiqoti olimlarning hurmati bilan uglerod nitridiga aylantirildi va u boshqa ko'plab modifikatsiyalarga berildi: uglerodning alfa-nitridi, psevdokubik uglerod nitridi va grafitga o'xshash uglerod nitridi (inglizcha)(Mening tuzilishim geptazin sikllariga asoslangan). Keyinchalik ma'lum bo'ldiki, yulduzlar biz kuchlarning rahbarlariga ixtisoslashgan bo'ladi, qolganlari birlamchi bo'lmagan katalitik faollikni ko'rsatadi.

Yigirmanchi asrning qolgan o'n yilligida karbid nitridining modifikatsiyalarini vizualizatsiya qilish uchun bir qator namunalar ishlab chiqildi va ba'zilari uchun ingichka tupuriklar kabi nutqni taqlid qilish usullari ishlab chiqildi (va hattoki uchun ham. kichik miqdorlar). Sintezning katlanuvchanligi, eng muhimi, termal barqaror bo'lmagan uglerod nitridi (cho'kish harorati 800 ° C) bilan bog'liq. 2002 yilda kristalli uglerod nitridining ommaviy kristalining bir qator sintezlari (amorf shaklidan).

Uglerod va azot bilan boshqa klassik

Pokhídny fulerenív

Azofulyerni (inglizcha)- heterofulerenlar sinfi, ularning ba'zilari ba'zi pozitsiyalarda azotni uglerod bilan almashtirishga ega.
Sianofulerenlar - uglerodli skeletga qo'shilgan siyanogrouplar bilan o'zgartirilgan fullerenlar sinfi.

organik nitridlar

Persiyanokarbongidratlar (C n (CN) m) - uglevodlarda, har qanday almashtirishda barcha suv

O. V. Kravchenko, K. P. Burdina, B. M. Bulichov, S. A. Trashin, Yu. Ya. Kuzyakov, V. N. Lednev, N. B. Zorov, A. G. Buyanovska, R. U. Takazova

1989 yilda bula birinchi bo'lib kremniy nitridi kabi umumiy uchun kristalli uglerod nitridining normal aqli imkoniyatiga ko'chirildi | va olmosning qattiqligi uchun mos keladi. Rozrakhunki, vikonaní kelayotgan toshloqda, mexanik va elektrotrofik quvvat qiymatlariga ega bo'lishi mumkin bo'lgan tsíêí̈ va uglerodning kristalli nitridining boshqa modifikatsiyalaridan foydalanish imkoniyatini tasdiqladi.

Ushbu nazariy hisob-kitoblar ularning omborida uglerod atomlari va azot bilan almashtirilishi mumkin bo'lgan turli fazalar mavjudligi sintezini raqamli eksperimental tekshirishni rag'batlantirdi. Shu bilan birga, ilmiy adabiyotlarda ushbu mavzular bo'yicha 400 dan ortiq nashrlar mavjud.

Tadqiqotchilarning ko'pchiligi stoxiometrik bo'lmagan azot-uglerodli konlarni yo'q qiladigan, shu jumladan olmosga o'xshash eritmalarning sintezi haqida gapirishadi. Qoida tariqasida, ularning makrostrukturasi kristalli fazaning kesishgan donalari bo'lgan amorf uglerod nitridi matritsasi hisoblanadi.

Ommaviy kristallangan ko'mir nitridi va 1,3,5-triazin, tetratsianetilen, parasiyanat va nitrid kabi yuqori azotli turli xil ko'mir nitridining qattiq fazali sintezi uchun yuqori bosim va harorat bilan AOK qilingan. Nutqning barcha turlari sp1-gibridlanish bosqichida uglerod atomlari bilan past zichlikka ega edi. Ko'rinib turibdiki, yuqori bosim uglerod atomining gibridlanish turining sp3 ga aylanishi bilan yuqori quvvatli kristal fazaning o'rnatilishini rag'batlantirishi mumkin. Biroq, kristalli uglerod nitridining makroskopik miqdori birinchi soatgacha bu tarzda olinmagan.

Kristalli uglerod nitridining termobarik sintezining murakkabligi termodinamik barqarorlik mintaqasi noma'lumligi bilan bog'liq. Boshqacha qilib aytganda, yuqori quvvatli kristall fazani o'rnatish uchun sintez bosimi va haroratini katta deb hisoblash mumkinligi shubhasizdir. Ko'rinib turibdiki, sintezning haroratini ayblash kerak, ammo molekulyar azotning paydo bo'lishi kuzatiladigan polni yotqizish haroratidan past. Boshqa tomondan, nitridning qabul qilingan kristal fazasining yuqori tezligini ta'minlash uchun uni yuqori bilan bajarish mumkin.

Kristalli nitrid uglerodining hajmi birinchi marta 2002 yildan boshlab olib tashlangan. MDU kimyo fakultetida kristallanish urug'lari ishtirokida amorf uglerod nitridi uchun termobarik sinov bilan. Urug' sifatida vikorizatsiya azot-uglerodli plitalarda amalga oshirildi, ular bir kristalli kremniy gofretlari yuzasiga lazerli elektr zaryadsizlantirish usuli bilan qo'llanildi. Amorf uglerod nitridi Hg (CNS) 2 ning 180-340 ° S haroratda piroliz reaktsiyasidan so'ng sintez qilindi. Yogo kimyoviy ombor termobarik sintez mahsulotining rentgen spektrlarida aks ettirishlar aniqlandi, bu C3Kf ning taxminan teng miqdordagi kristalli a- va p-fazalari mavjudligini ko'rsatadi.

Kristalli uglerod nitridini olish imkoniyati haqida qo'shimcha ma'lumot olish usulidan biz sink tiosiyanatdan amorf uglerod nitridini tayyorlash imkoniyatini, shuningdek, termobarik sintez ongida kristallanish imkoniyatini aniqladik.

Vybír tsíêí̈ spoluky razumovleniy tim, scho Budova rux tiosiyanat suttêvo vídznyaêvod víd budovi tiosiyanat simob. Darhaqiqat, o'sha paytda simob tiosiyanatidagi simob atomlari hali ham o'tkirlashgan bo'lishi mumkinligi sababli, rux tiosiyanatda ikki xil metall atomlari mavjud: ularning ba'zilari sirka atomlaridan ko'p, boshqa qismi esa atomlardan kamroq o'tkirlashgan. rodanid guruhlarining azoti. Suv miqdori amorf mahsulotda CN ning turli strukturaviy qismlarining eruvchanligiga olib kelishi mumkin, ularning bir qismi uglerod nitridining kristal fazasining eruvchanligiga olib kelishi mumkin.

Sink tiosiyanat suvli tiosiyanat, ion almashinuvi va sink gidroksidi bilan suyultirilgan reaksiya usullari yordamida tayyorlanadi. Olib tashlangan ko'zning rentgenogrammasi adabiyotdan yaxshi ma'lum.

Sink tiosiyanatdan amorf uglerod nitridining sintezi

Sink tiosiyanatning termal kengayishi adabiyotda har kuni termal parchalanish mexanizmi haqida etarli ma'lumotga ega emas. Biz sink tiosiyanatning vakuumda yoki atmosferada politermik isitishda qanday yotqizilishini ko'rsatdik. inert gaz Ko'mir va sirkining gaz fazasida ko'pik massasining 20% ga yaqin miqdorida kuzatilishi tufayli 300 ° C dan yuqori haroratlarda boshlanadi. Keyinchalik monoton massa yo'qotilishigacha qizdirilganda, 900 ° C ga qizdirilganda massaning umumiy yo'qolishi 44% ga yaqinlashadi. Rux sulfid ko'rinishidan kristalli fazada qattiq to'lib toshgan holda qayd etiladi. Taxminan 350 ° C haroratda vakuumda sink tiosiyanatning izotermik kengayishi pirolizatorning sovuq qismlarida yog'ingarchilik bilan birga keladi, bu sirkaning termolizi va jigarrang-sariq rang bilan bo'yalgan qattiq nutqning natijasidir. rang. Kristalli mahsulotning ombori (ehtimol, nutqlar yig'indisi) haqida xabar berilmagan, ammo kimyoviy tahlil usullari bilan azot, ko'mir va oltingugurt uchun qasos olish zarurligi aniqlangan. Ushbu mahsulotning kolival spektri 1000-1700 sm"1 bo'lgan loyli hududlarga ega, bu triazin halqalari bo'lgan spektrlarning joylashuvi va shakliga o'xshaydi.

Ongda rux tiosiyanat termoliz natijasida olib tashlangan qattiq ortiqcha, lekin rentgenogrammalarda, faqat zaif va loyqa chiziqlar, u iflos kristallangan rux sulfid ko'rish mumkin, va boshqa hozirgi bosqichlari rentgen amorf hisoblanadi. Shu tarzda, simob tiosiyanat yuzasida sink tiosiyanatning termal parchalanishi ikkita to'g'ri chiziq uchun kamroq davom etadi deb taxmin qilish mumkin va sizda g'oyalar bo'lishi mumkin. noma'qul ko'rinish 1 va 2 ga teng:

t va p ning de qiymatlari aniqlanmagan.

Yaxshiroq natijalarga erishish uchun amorf uglerod nitridini tayyorlash uchun bunday texnika ishlab chiqilgan.

Dumaloq tubli kolba rux tiosiyanat bilan yuvildi. Kolba evakuatsiya qilindi, 350 °C haroratgacha to'liq qizdirildi va bir yil davomida bu haroratda tebrandi. Har qanday ogohlantirish bo'lsa, cho'kma sariq-jigarrang ranglarda fermentlangan sublimatsiya mahsulotlarini isitish zonasidan o'rta masofada joylashgan. Kolba sovutilgandan so'ng, qattiq qoldiq yuqoriga tortildi va 6-8 yil davomida xona haroratida xlorid va nitrat kislotalarning yig'indisi berildi, so'ngra pH qiymati neytral bo'lgunga qadar shohona gorilka va suv bilan yuviladi. Qoldiq bosqichi 200 ° C gacha to'liq isitish bilan vakuumda quruq tayyorlashga o'xshash edi.

Ombor mahsulotlari sintezi

Qabul qilingan dori ombori elementar tahlil va rentgen fotoelektron spektroskopiya (XPS) usullaridan foydalangan holda tiklandi. Elementlar tahlili Carlo-Erba (Italiya) tomonidan avtomatlashtirilgan CHNS analizatorida o'tkazildi. Tahlil ma'lumotlari ortida nutq omboriga CsN/t^Sf)^ f^O formulalari beriladi. Agar shunday bo'lsa, suvning mavjudligi, ehtimol, yuqori darajada tarqalgan nutqning suv bilan aloqasi bilan sehrlangan bo'lsa, uni analitik belgilashning vikariy usuli doirasida chetlab o'tish mumkin emas. Ko'p marta vakuumli isitish va stakanni 100 ° C ga qizdirish paytida suvni olib tashlash haqiqati bilan tasdiqlanadi.

Olingan namunalarning rentgen-fotoelektron spektrlari XPS Spektrometri, PHI 5400, Perkin Elmer yordamida MISISda kimyo fanlari doktori laboratoriyasida skanerdan o'tkazildi. E.A. Skrillovy. Zgídno z otrimanimi dannymi, spívvídnoshennia elementív vídlídzhenyh zrazka vídpovidaє formulaí SzK^z^o.oz-

Termobarik tajribalar toroid tipidagi kameralarda yuqori bosimli qurilmalarda o'tkazildi, ularda amorf uglerod nitridi Si(lOO) kremniy plitalari orasiga, ularga eritmalar surtilgan holda joylashtirildi. Eritish zavodlari amorf uglerod nitridi bilan oraliq aloqasiz kichik edi. Sintez usuli biz ilgari simob tiosiyanatdan olingan karbonli nitridning amorf shaklini kristallash bo'yicha amalga oshirgan usulga o'xshash edi (bosim 6 GPa, harorat - 450 va 500 ° C, termobarik in'ektsiyaning ta'sir qilish vaqti 2-2,5 yil). ).

Saqlangan mahsulotlar DRON-4 qo'shimchasida rentgen diffraktsiya tahlili (XPA) orqali aniqlandi. Uglerodli nitridning asosiy massasi kukunining diffraktsiya naqshlari, shuningdek, plastinka bo'lgandan keyin massiv yorqin uglerodli nitrid bilan aloqa qilgan tomondan kremniy gofret (100) yuzasidan fermentatsiya qayd etilgan. ishqalangan va ishqalangan. Jadvaldan natijalarni olib tashlang.

Natijalar jadvalidagi ko'rinishlarni tahlil qilish quyidagilarni ko'rsatadi:

Rentgenogrammalarda kristall fazalarning o'rnatilishini ko'rsatadigan chiziqlar mavjud;

Rentgenogrammalarda biz avvalroq ko'rishimiz mumkin bo'lgan a-i p-fazalari C3^ chiziqlari mavjud.

Ushbu satrlarning qiymatlari jadvallarda qalin va kursiv bilan ko'rsatilgan;

Rentgenogrammalarda strukturaning noma'lum burmasining yarmigacha yotadigan chiziqlar mavjud. Belgisi + fermentatsiyani bildiradi, ya'ni ular oldingi robotda biz tomonidan ro'yxatga olingan fermentatsiyalardan va shuningdek, noma'lum bosqichga kirishdan farq qiladi;

Plitalarning spektrlari yanada zaifroq chiziqlarni ko'rsatdi, ularni a-C3N4 gacha ko'rish mumkin.

Kremniy mavjudligini ko'rsatadigan eng qizg'in fermentatsiya plitalarni maydalashda olib tashlangan kukunda aniqlanadi.

Kristal panjarasidagi a va c parametrlarining vikoristik qiymatlari , da nashr etilgan bo'lib, biz robotlarimizdan fermentatsiya jarayonida nashr etilganlarga teng bo'lgan bir qator qo'shimchalar olib tashlanganligini va ai p-gacha ko'rish mumkinligini ko'rsatdik. yulduzli jadvalda C3Kf Cí fazalari. Aniqlik uchun jadvallar robotdan olingan C3N4 ning a va P-fazalari uchun natijalarning nazariy tahlillari natijalarini taqdim etadi. Vidbit, shunga o'xshash kubik, psevdokubik va grafitga o'xshash kristalli C3N4 fazalari bizning rentgen nurlari diffraktsiya naqshlarida aniqlanmadi.

Otrimanih ma'lumotlarini tahlil qilishdan dono termobarik fikrda bo'lgan nayranglarni yaratish mumkin.

amorf karbonli nitridi, sink tiosiyanatning termal parchalanish reaktsiyasidan so'ng, a- va p-fazalarning ko'rinishida, shuningdek, noma'lum ombor va hayotning fazalarida kristallanadi. Amorf uglerod nitridining hayotiy materiali sifatida, turli xil kob bo'shliqlaridan sintezlangan, taxminan teng miqdordagi a- va P-fazalari C3N4 bilan mahsulot ishlab chiqarish uchun - ularning qarashlari va batafsilroq tadqiqotlar.

Ish Rossiya fundamental tadqiqotlar jamg'armasining moliyaviy ko'magi uchun taqdirlandi (loyiha 01-03-3284).

Adabiyotlar ro'yxati

1. LiuA.Y., Koen M.L. Fan, 1989, v. 245, b. 841-843.

2. Korsunskiy V.L., Pepekin V.I. Kimyodagi muvaffaqiyatlar, 1997 yil, 66-v. No 11, bet. 1003–1014.

3. Chen-Bao Cao e. a. Olmos va o'zaro bog'liqlik. Mater., 2003, v. 12, b. 1070-1078.

4. Burdina K.P. bu ichida. Izv. AN. Ser. kimyo., 2002 yil 9-son, b. 1501–1509

5. Matsumoto S., Xie E.-Q, Izumi F. Diamound va Relat. Mater., 2000, v. 9, p. 94-101.

O. V. Kravchenko, K. P. Burdina, B. M. Bulichov, S. A. Trashin, Yu. Ya. Kuzyakov, V. N. Lednev, N. B. Zorov, A. G. Buyanovska, R. U. Takazova

Kristalli nitrid uglerodining hajmi birinchi marta 2002 yildan boshlab olib tashlangan. MDU kimyo fakultetida kristallanish urug'lari ishtirokida amorf uglerod nitridi uchun termobarik sinov bilan. Urug' sifatida vikorizatsiya azot-uglerodli plitalarda amalga oshirildi, ular bir kristalli kremniy gofretlari yuzasiga lazerli elektr zaryadsizlantirish usuli bilan qo'llanildi. Amorf uglerod nitridi Hg (CNS) 2 ning 180-340 ° S haroratda piroliz reaktsiyasidan so'ng sintez qilindi. Termobarik sintez mahsulotining rentgen spektrlarida aks ettirishlar aniqlandi, ular kristall a-va p-fazalarning taxminan teng miqdori mavjudligini ko'rsatadi.

Sink tiosiyanat suvli tiosiyanat, ion almashinuvi va sink gidroksidi bilan suyultirilgan reaksiya usullari yordamida tayyorlanadi. Olib tashlangan ko'zning rentgenogrammasi adabiyotdan yaxshi ma'lum.

Sink tiosiyanatdan amorf uglerod nitridining sintezi

Sink tiosiyanatning termal kengayishi adabiyotda har kuni termal parchalanish mexanizmi haqida etarli ma'lumotga ega emas. Biz sink tiosiyanatning vakuumda yoki inert gaz atmosferasida politermik isitish teshiklarida kengayishi 300 ° C dan yuqori haroratlarda boshlanishini va uglerodli uglerodning gaz fazasida va taxminan 20% miqdorida kuzatilganligini ko'rsatdik. boshoq massasi. Keyinchalik monoton massa yo'qotilishigacha qizdirilganda, 900 ° C ga qizdirilganda massaning umumiy yo'qolishi 44% ga yaqinlashadi. Rux sulfid ko'rinishidan kristalli fazada qattiq to'lib toshgan holda qayd etiladi. Taxminan 350 ° C haroratda vakuumda sink tiosiyanatning izotermik kengayishi pirolizatorning sovuq qismlarida yog'ingarchilik bilan birga keladi, bu sirkaning termolizi va jigarrang-sariq rang bilan bo'yalgan qattiq nutqning natijasidir. rang. Kristalli mahsulotning ombori (ehtimol, nutqlar yig'indisi) haqida xabar berilmagan, ammo kimyoviy tahlil usullari bilan azot, ko'mir va oltingugurt uchun qasos olish zarurligi aniqlangan. Ushbu mahsulotning kolival spektri 1000-1700 sm"1 bo'lgan loyli hududlarga ega, bu triazin halqalari bo'lgan spektrlarning joylashuvi va shakliga o'xshaydi.

Ongda rux tiosiyanat termoliz natijasida olib tashlangan qattiq ortiqcha, lekin rentgenogrammalarda, faqat zaif va loyqa chiziqlar, u iflos kristallangan rux sulfid ko'rish mumkin, va boshqa hozirgi bosqichlari rentgen amorf hisoblanadi. Ushbu darajada siz simob tiosiyanat yuzasida sink tiosiyanatning termal parchalanishi ikkita to'g'ri chiziq uchun bir oz kamroq davom etishini tan olishingiz mumkin va vahshiy ko'rinishda 1 va 2 ga teng fikrlar bo'lishi mumkin:

t va p ning de qiymatlari aniqlanmagan.

Yaxshiroq natijalarga erishish uchun amorf uglerod nitridini tayyorlash uchun bunday texnika ishlab chiqilgan.

Ombor mahsulotlari sintezi

Natijalar jadvalidagi ko'rinishlarni tahlil qilish quyidagilarni ko'rsatadi:

Rentgenogrammalarda kristall fazalarning o'rnatilishini ko'rsatadigan chiziqlar mavjud;

Rentgenogrammalarda biz avvalroq ko'rishimiz mumkin bo'lgan a-i p-fazalari C3^ chiziqlari mavjud.

Ushbu satrlarning qiymatlari jadvallarda qalin va kursiv bilan ko'rsatilgan;

Plitalarning spektrlari yanada zaifroq chiziqlarni ko'rsatdi, ularni a-C3N4 gacha ko'rish mumkin.

Kremniy mavjudligini ko'rsatadigan eng qizg'in fermentatsiya plitalarni maydalashda olib tashlangan kukunda aniqlanadi.

Kristalli uglerod nitridining termobarik sintezi