[发明专利]用于纯碳产生的工艺、组合物和其方法

说明书

本公开提供在约150℃至约750℃的温度下将来自盐样碳化物的碳化物阴离子或负离子氧化的方法。在另一方面，本公开提供与中间体过渡金属碳化物的反应。在又一方面，本公开提供一种反应系统，其中将盐样碳化物阴离子和中间体碳化物阴离子氧化以产生各种同素异形体的纯碳。

本申请为于2014年3月14日提交的申请号为201480025010.9的名称为“用于纯碳产生的工艺、组合物和其方法”的申请的分案申请。

相关申请的交叉引用

本申请要求2013年3月15日提交的美国临时申请号61/798,198的优先权，该临时申请通过引用整体并入本文。

技术领域

本公开提供在约150℃至约750℃的温度下将来自盐样碳化物的碳化物阴离子或负离子氧化的方法。在另一方面，本公开提供与中间体过渡金属碳化物的反应。在又一方面，本公开提供一种反应系统，其中将盐样碳化物阴离子和中间体碳化物阴离子氧化以产生各种同素异形体的纯碳。

背景技术

碳化物是含有碳和负电性更低或吸电子能力更弱的元素的化学化合物。几乎所有元素都与元素碳反应而产生碳化物。它们进一步被分类为4组：盐样碳化物、共价碳化物、间隙碳化物和中间体过渡金属碳化物。盐样碳化物与水和稀酸反应而产生离子和烃气。中间体过渡金属碳化物还与稀酸和有时水反应而产生金属阳离子、烃和有时氢。

盐样碳化物进一步被分解为甲烷化物、乙炔化物和倍半碳化物。甲烷化物与水反应而产生甲烷。甲烷是一个碳原子以sp3杂化键结至四个氢原子。甲烷化物的两个实例是碳化铝(Al₄C₃)和碳化铍(Be₂C)。乙炔化物是乙炔化物阴离子C₂^-2的盐并且还在两个碳原子之间具有一个三键。三键碳具有sp1杂化并且乙炔化物的两个实例是碳化钠(Na₂C₂)和碳化钙(CaC₂)。倍半碳化物含有多原子阴离子C₃^-4并且含有具有sp1杂化的碳原子。倍半碳化物的两个实例是镁(Mg₂C₃)和锂(Li₄C₃)。

美国专利号1,319,148定义了通过使钾阳离子(正离子)与来自碳化钙的乙炔化物阴离子反应而产生钾金属的氧化反应。反应介质是烷融氟化钾(mp＝876℃)。这示于以下方案(1)中的反应中。

方案I

CaC₂+2KF→CaF₂+2K+2C_(石墨)反应T＞800℃ (1)

该反应的其它产物是氟化钙和石墨。石墨是元素碳的热力学最稳定形式，因此这是高温下的有利产物。该反应(钾离子的还原)发生在高于800℃下，该温度将被认为是高温，因为600℃是赤热。

可以从熔融盐的电解来制备碱金属。然而，美国专利号1,319,148指示使用氧化反应来制备碱金属。另外，Concepts and Models of Inorganic Chemistry；DouglasB.McDaniel D.1965Xerox公司描述了他们如何在利用熔融盐电解前纯化碱金属。

为了产生碱金属，温度高于KF的熔点(mp＝858℃)，所述温度足够高以将K.(bp＝744℃)汽化。产物被指示为CaF₂、K°和碳的热力学最稳定形式(石墨、C_(石墨))。

发明内容

本公开提供通过在约150℃至约750℃的反应温度下将碳化物阴离子氧化而将来自碳化物的碳化物阴离子和/或负离子氧化的方法，其中所述反应产生呈sp1和/或sp3构型的碳的同素异形体。