[发明专利]一种等离子体辅助的金属团簇催化氮气活化解离的方法

说明书

本发明公开了一种等离子体辅助的金属团簇催化氮气活化解离的方法，属于团簇科学技术领域。该方法包括如下步骤：在真空腔体中，将氮气或氮气的混合气经由金属等离子体区域，即实现氮气的活化解离。本发明的方法可以在室温条件下通过激光溅射生成金属等离子体的方法实现氮气分子的解离，避免了现有技术中氮气催化反应过程中的高温高压。本发明的方法操作简便、使用的金属靶材可选，为氮气解离和后续的含氮化合物生成提供了一种可靠的方法。

技术领域

本发明涉及团簇科学技术领域，尤其涉及的是一种等离子体辅助的金属团簇催化氮气活化解离的方法。

背景技术

氮气在温和条件下的活化、转化是化学领域面临的重要挑战之一，这是由于N≡N三键极高的键能(～941kJ·mol^-1)和N₂分子巨大的HOMO-LUMO间隙(～10.82eV)，使得氮气的活化和解离十分困难。目前工业上采用的氮气还原合成氨方法主要为传统的Haber-Bosh法，但该方法的反应条件苛刻，需要极高的温度(～700K)和压强(～100atm)，并且耗能巨大，生产过程中还会排放出大量的CO₂，不利于环境保护。因此亟需寻找一种可以在温和条件下实现氮气活化、解离的实验手段。

发明内容

本发明提供了一种等离子体辅助的金属团簇催化氮气活化解离的方法，该方法结合了金属团簇的精准制备和等离子体技术的高效优势，得到了温和条件下氮气活化解离生成的金属氮化物。本发明的方法操作简便、使用的金属靶材可选，为氮气解离和后续的含氮化合物生成提供了一种可靠的方法。

本发明采用的技术方案如下：

一种氮气活化解离的方法，包括如下步骤：在真空腔体中，将氮气或氮气的混合气经由金属等离子体区域，即实现氮气的活化解离。

上述的方法中，所述真空腔体的压强在5×10^-3Pa以下；具体可为3.0×10^-3Pa或3.9×10^-3Pa。

所述氮气的混合气为N₂和惰性气体的混合气；

所述氮气的混合气中，N₂的体积百分数为0.1％-100％；具体可为1％～50％，更具体可为5％；

具体的，所述惰性气体为He和/或Ar。

上述的方法中，形成所述金属等离子体的金属为铑、铂和钴中的至少一种。

上述的方法中，所述金属等离子体是由激光溅射金属表面形成的金属局域等离子体；

具体的，所述激光的波长为260～550nm；更具体为266nm、355nm或532nm；

所述激光的强度10～70mJ；具体可为26mJ。

上述的方法中，所述金属等离子体在室温下形成；具体的，所述室温为15～30℃。

上述的方法中，所述方法采用的装置为深紫外/红外质谱光谱集成仪器。

上述的方法中，所述氮气或氮气的混合气的压强为4～10atm；具体可为10.0atm；载气脉冲阀脉宽为0-500μs；具体可为235μs。

上述的方法中，脉冲时序控制为：载气脉冲阀在时间零点后0～10000μs开启，溅射激光在载气脉冲阀后300～700μs开启，加速电场与示波器在溅射激光开启后300～500μs后同时开启，其脉宽为0～50μs。

具体的，脉冲时序控制为如下任一种：

1)载气脉冲阀在时间零点后5000μs开启，溅射激光在载气脉冲阀后570μs开启，加速电场与示波器在溅射激光开启后465μs后同时开启，其脉宽为10μs；