一种碳二亚胺锂的合成方法

本申请涉及一种碳二亚胺锂的合成方法，属于材料合成。

背景技术：

1、自然界中通过“氮循环”将空气中的氮气转化为含氮化合物(如胺类、氮杂环、腈、硝基化合物等)，但这一自然过程无法满足现代人类社会对含氮化合物的快速合成的需求。目前几乎所有人工合成的含氮化合物都是以工业合成氨为基础原料制备的。而直接以空气中的氮气为氮源来合成含氮化合物则是一世界性科学难题。半个多世纪以来，国内外科学家在相关方面进行了不懈努力，但是仅有零星的化学计量反应报道，反应机制不清楚，催化过程还没有实现。

2、碳二亚胺锂(化学式为li2cn2)是一种含氮化合物，有望用于有机合成领域生产高附加值的含氮化学品。文献中报道的关于碳二亚胺锂的合成方法主要有如下几种：

3、1.以碳化锂和氮化锂为原料，反应式如下

4、li2c2+4li3n→2li2cn2+10li

5、2.以碳酸锂和氨气为原料，反应式如下

6、li2co3+2nh3→li2cn2+3h2o

7、3.以氮化锂和氮化碳为原料，反应式如下

8、2li3n+c3n4→3li2cn2

9、4.以氮化锂和二氧化碳为原料，反应式如下

10、2li3n+co2→li2cn2+2li2o

11、5.以氮化锂和三聚氰胺为原料合成，反应式如下

12、2li3n+c3n3(nh2)3→3li2cn2+2nh3

13、氮气占空气成分体积比的78％以上，是最丰富、最廉价的氮源，可谓取之不尽用之不竭。然而，氮气分子固有的惰性决定了其很难发生化学转化，因此从氮气出发来合成碳二亚胺锂是非常具有挑战性的。探索以氮气为原料直接合成碳二亚胺锂的方法具有重要的科学意义。

技术实现思路

1、本发明提供一种从氮气出发直接合成碳二亚胺锂的方法。

2、一种碳二亚胺锂的合成方法，包括如下步骤：

3、将氢化锂与碳源物质在氮气气氛下反应得到碳二亚胺锂。

4、反应式如下：

5、2lih+c+n2→li2cn2+h2

6、氢化锂含有带负电荷的氢，具有强还原性，可向氮气提供电子促进其活化转化。本发明采用氢化锂介导氮气和含碳单质或化合物转化为碳二亚胺锂，可直接以氮气分子作为氮源来构筑碳-氮键。

7、可选地，所述碳源物质包括无机碳和有机物中的至少一种；

8、可选地，所述无机碳包括石墨、活性炭、碳纳米管、c60中的至少一种。

9、可选地，所述有机物包括乙烯、丙烯、乙炔、(异)丁烯、1,3-丁二烯、苯乙烯中的至少一种。

10、可选地，所述氢化锂与碳源物质中c的摩尔比为1：0.1～100。

11、可选地，氢化锂与碳源物质中c的摩尔比为1：0.5。

12、可选地，所述碳源物质为无机碳，将氢化锂与碳源物质混合研磨，研磨得到的混合物在氮气气氛下反应得到碳二亚胺锂。

13、可选地，所述碳源物质为有机物，将氢化锂在氮气-有机物混合气氛下反应得到碳二亚胺锂。

14、可选地，氮气与碳源物质的摩尔比为＝1:0.5～1.5。

15、可选地，将氢化锂在氮气-有机物混合气氛下反应得到碳二亚胺锂。

16、可选地，所述反应的温度为200～600℃。

17、可选地，所述反应中采用电炉加热或微波加热的方式进行加热。

18、可选地，所述反应中氮气压力为1-50bar。

19、可选地，所述氮气气氛包括氮气、同位素氮气中的至少一种。

20、本发明的具体操作步骤：1)将氢化锂和含碳单质或化合物混合；2)通过程序升温还原-质谱联用(tpr-ms)表征技术探索合成碳二亚胺锂的反应温度；3)在选定的温度区间内制备碳二亚胺锂；4)对所制备的碳二亚胺锂进行x射线衍射(xrd)测试分析。

21、本发明有如下优点：

22、1.以丰富廉价的氮气分子作为氮源制备碳二亚胺锂；

23、2.所制备的碳二亚胺锂纯度较高；

24、3.制备过程简单易行、易放大，无需进一步分离纯化。

技术特征：

1.一种碳二亚胺锂的合成方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的碳二亚胺锂的合成方法，其特征在于，所述碳源物质包括无机碳和有机物中的至少一种；

3.根据权利要求1所述的碳二亚胺锂的合成方法，其特征在于，所述氢化锂与碳源物质中c的摩尔比为1：0.1～100。

4.根据权利要求1所述的碳二亚胺锂的合成方法，其特征在于，所述碳源物质为无机碳，将氢化锂与碳源物质混合研磨，研磨得到的混合物在氮气气氛下反应得到碳二亚胺锂。

5.根据权利要求1所述的碳二亚胺锂的合成方法，其特征在于，所述碳源物质为有机物，将氢化锂在氮气-有机物混合气氛下反应得到碳二亚胺锂。

6.根据权利要求5所述的碳二亚胺锂的合成方法，其特征在于，氮气与碳源物质的摩尔比为＝1:0.5～1.5。

7.根据权利要求1所述的碳二亚胺锂的合成方法，其特征在于，所述反应的温度为200～600℃。

8.根据权利要求1所述的碳二亚胺锂的合成方法，其特征在于，所述反应中采用电炉加热或微波加热的方式进行加热。

9.根据权利要求1所述的碳二亚胺锂的合成方法，其特征在于，所述反应中氮气压力为1-50bar。

10.根据权利要求1所述的碳二亚胺锂的合成方法，其特征在于，所述氮气气氛包括氮气、同位素氮气中的至少一种。

技术总结
本申请提供了一种碳二亚胺锂的合成方法，包括如下步骤：将氢化锂与碳源物质在氮气气氛下反应得到碳二亚胺锂。本发明以丰富廉价的氮气分子作为氮源制备碳二亚胺锂。所制备的碳二亚胺锂纯度较高。制备过程简单易行、易放大，无需进一步分离纯化。

技术研发人员：王倩茹,秦超,郭建平,陈萍
受保护的技术使用者：中国科学院大连化学物理研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17