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【背景及概述】[1][2]
氮化鋰是由氮和鋰組成的化合物,化學式為Li3N。氮化鋰是堿金屬氮化物中熱穩定性最高的化合物,也是當中唯一一個可以在室溫下制備的化合物。氮化物熔點很高,常溫下為紫色或紅色的晶狀固體。如果吸入氮化鋰酸,請將患者移到新鮮空氣處;如果皮膚接觸,應脫去污染的衣著,用肥皂水和清水徹底沖洗皮膚,如有不適感,就醫;如果眼晴接觸,應分開眼瞼,用流動清水或生理鹽水沖洗,并立即就醫;如果食入,立即漱口,禁止催吐,應立即就醫。對保護施救者的忠告如下:將患者轉移到安全的場所,咨詢醫生,如果條件允許請出示此化學品安全技術說明書給到現場的醫生看。若泄露,小量泄漏盡可能將泄漏液體收集在可密閉的容器中,用沙土、活性炭或其它惰性材料吸收,并轉移至安全場所,禁止沖入下水道;若大量泄漏,構筑圍堤或挖坑收容,封閉排水管道,用泡沫覆蓋,抑制蒸發,用防爆泵轉移至槽車或專用收集器內,回收或運至廢物處理場所處置。
【應用】[1][2][3]
氮化鋰可以作為有機合成中的催化劑或反應原料,其應用舉例如下:
1. 氮化鋰(LiN3)是高溫高壓下合成(氮化硼)cBN的催化劑。氮化鋰對高溫高壓下hBN向cBN的轉變,常壓高溫下B4c與NH4a的反應有催化作用;還可以在溶劑熱方法中作為與BBr3反應生成hBN和cBN的氮源。原理可能為:Li3N中的N能夠與B發生生成BN的反應,說明N與B結合比與Li 結合于能量上是更有利的,即在熱力學上是可行的,但因Li 的電荷半徑比較大,即使在熔融態的Li3N中,Li 對N 一還是有較大束縛力的,若要發生生成BN的反應,N首先要從固相狀態B4c中c對B的強束縛中奪得B,處于Li 束縛下的N離子不具備從c奪得B生成BN的能力,所以不能發生生成BN的反應;但在溶劑熱合成實驗中,因BBr3本身是液相,Br對B的束縛力較弱,使得即使被Li 束縛的N也有能力奪得B,生成BN,從而使體系能量降低,體系更穩定。
2. 利用氮化鋰制備雙氟磺酰亞胺鋰鹽。雙氟磺酰亞胺鋰(LiN(SO2F)2,以下簡稱LiFSI)是一個具有廣泛應用前景的電解液物質,LiFSI的導電率適宜,且熱穩定性、電化學穩定性高;發生副反應概率小,不會產生HF 等腐蝕性氣體,是當今鋰離子二次電池電解液中不可缺少的高新技術類產品。隨著鋰電行業的不斷發展,其市場需求必將越來越大,有可能成長為輔鹽類鋰鹽化合物中的明星產品。技術方案是這樣的,一種利用氮化鋰制備雙氟磺酰亞胺鋰鹽的方法。,包括以下步驟:將式ⅰ所示的氮化鋰溶于有機溶劑中,與氯氟磺酰或氟硫酸進行磺酰胺反應,得到式ii所示雙氟磺酰亞胺鋰鹽;
所述氮化鋰與氯氟磺酰或氟硫酸進行磺酰胺反應的具體過程為向氮化鋰中加入有機溶劑,降溫至-78~-50℃后,向其中滴加氯氟磺酰或氟硫酸,整個滴加過程中保持反應溫度為-78~-50℃,滴加完畢,繼續反應24~36h,所得的反應溶液直接過濾,濾液經減壓蒸餾除去有機溶劑得到式ii所示的雙氟磺酰亞胺鋰鹽。所述的有機溶劑為四氫呋喃,乙醚,1,2-二甲氧基乙醚或環己烷,優選四氫呋喃;有機溶劑用量與如ⅰ所示的氮化鋰的摩爾比為4.0~4.5:1;優選地,氯氟磺酰或氟硫酸與如ⅰ所示的氮化鋰的摩爾比為2.0~2.5:1,優選2.0~2.05:1。優選地,磺酰胺反應的反應溫度控制為-78~-75℃。
3. 制備硼氮化鋰(Li3BN2)。Li3BN2是合成超硬材料立方氮化硼的重要催化劑,已在合成立方氮化硼的工業生產中得到應用。立方氮化硼硬度低于金剛石,但金剛石不能用于黑色金屬的磨削加工,所以立方氮化硼是目前加工黑色金屬及其合金的最佳磨削材料。近年來的研究表明,一種由B、C、N組成的新型超硬材料(化學組成表示成BxCyNz)可以綜合金剛石和立方氮化硼的性能。而且研究也表明,在晶體中摻雜C的立方氮化硼磨料表現出更好的韌性,將具有更好的磨削性能。
以碳化硼和氮化鋰為原料,在通氮氣的反應爐中,800~1000℃保溫1.5~2.5小時制備Li3BN2。具體工藝如下:把氮化鋰粉末和碳化硼粉末按每摩爾碳化硼對應3.5~5.0molar(摩爾)氮化鋰的比例配料并混合均勻。其中碳化硼和氮化鋰粉末的粒度可在4um-200um范圍內,粉末顆粒細可減少反應時間,但粗顆粒原料一樣能合成出Li3BN2。把混合好的原料放入反應坩堝內,并置于密閉反應爐中。先向反應爐中通氮氣以排除反應爐腔體中的空氣,接著按每分鐘5℃升溫速度升溫至800~1000℃,在該溫度下保溫1~2小時,然后隨爐冷卻。在整個反應過程中始終對反應爐通小氣流氮氣。冷卻到室溫后,取出反應坩堝,得到的塊狀產物即為Li3BN2,粉碎后得到Li3BN2粉末。
【制備】[1]
金屬Li在50℃同N2反應得到的Li3N,
【主要參考資料】
[1] 牟其勇, 徐曉偉, 范慧俐, 等. Li3N 在合成 BN 反應中的作用研究[J]. 人工晶體學報, 2004, 33(1): 40-42.
[2] 金國范.一種利用氮化鋰制備雙氟磺酰亞胺鋰鹽的方法.CN201610281032.2,申請2016-04-29
[3] 徐曉偉;李玉萍;范慧俐;牟其勇;王少波;趙紅梅.一種用碳化硼和氮化鋰為原料制備硼氮化鋰的方法CN200310117261.3,申請日2003-12-10