共价固体氮化碳的电弧法制备

β-C_3N_4是一种首先运用固体量子理论和计算机技术,通过人工设计具有理想成分和结构以及预期优异性能的新材料,Liu和Cohen的理论计算表明:一种晶体结构类似β-Si_3N_4的 C—N化合物具有非常短的共价键(平均键长0.147nm),其体变模量为4.27×10~5MPa,接近金刚石的4.43×10~5MPa。这预示它具有可与金刚石相媲美的硬度。此外,它的结合能计算值 (81.5eV/cell)大于β-Si_3N_4(74.8eV/cell),表明可能存在亚稳态结构。近年来,人们采用了 CH_4和H_2的等离子体分解,C—N—H有机物热解和冲击波压缩等方法,以期合成这种 C—N共价键固体。但是由于C—H和N—H键的稳定性,阻碍了β-C_3N-4的形成。直到1993年,哈佛大学的Niu等人首先用激光蒸发和原子束喷注相结合的方法,成功地获得了这种共价固体氮化碳薄膜。作者尝试采用高纯石墨电极在氮气中电弧放电的方法,代替激光蒸发法,也获得了这种材料。用X光电子能谱(XPS)证实了C—N共价键的生成,用X射线衍射 (XRD)和透射电镜选区电子衍射(TED)检验其结构,和Niu等人的结果基本相符。

PREPARATION OF THE COVALENT SOLID CARBON NITRIDE BY ARC DISCHARGE

Carbon nitride powders have been prepared by DC arc discharge in the nitor-gen condition. These samples have been characterized by X-ray diffraction and transmission electron microscopy. The diffraction patterns obtained from our C-N materials are consis-tant with the results of Nin et al. X-ray photoelectron spectroscopy measurements indicated that carbon and nitrogen form unpolarized covalentbonds in these C-N materials.