尿素から炭素窒化物への熱分解反応を理解するための重要な反応中間体であるビウレット.ビウレットの結晶構造の解明とその場での回折,振動,熱的特性評価を行った

Biuret, a Crucial Reaction Intermediate for Understanding the Urea Pyrolysis to Carbon Nitrides: Crystal Structure Elucidation and In Situ Diffractometric, Vibrational and Thermal Characterisation.

• Peter Gross
• Henning A Höppe

抄録

エタノール溶液からゆっくり蒸発させて成長させた単結晶のXRDにより、ビウレットの結晶構造を明らかにした。ビウレットは空間群C 2/c (a = 15.4135(8) A, b = 6.60042(3) A, c = 9.3055(4) A, Z = 8)の独自の構造型で結晶化している。ビウレットの分解は、これまでに認識されていない反応中間体として共結晶ビウレット-シアヌル酸phsaeを同定し、温度プログラムされた粉末XRDとFT-IR分光法を介してその場で研究された。また、るつぼの形状,加熱速度,初期試料質量を変化させて熱重量測定を行った結果、反応性ガスの濃度が試料残渣との界面での反応性ガス濃度に影響を与えることを明らかにした。これらの知見を考慮して、標準的な固体実験技術を用いたグラムスケールでの尿素からの窒化炭素合成の最適化に関する研究を紹介する。最後に、合成サイクルを繰り返すうちに、偶然にも黒鉛によるるつぼ内壁の自己被覆に遭遇し、得られた収率に非常に有益であることが証明されたことを報告する。

The crystal structure of biuret was elucidated via XRD on single crystals grown via slow evaporation from ethanolic solution. It crystallises in its own structure type in space group C 2/ c ( a = 15.4135(8) A, b = 6.6042(3) A, c = 9.3055(4) A, Z = 8). Biuret decomposition was studied in situ via temperature programmed powder XRD and FT-IR spectroscopy, identifiying a co-crystalline biuret-cyanuric acid phsae as hitherto unrecognised reaction intermediate. Extensive thermogravimetric studies varying crucible geometry, heating rate and initial sample mass reveal the concentration of reactive gases at the interface to the condensed sample residues as crucial parameter for the prevailing decomposition pathway. Taking these findings into consideration, we present a study on the optimisation of carbon nitride synthesis from urea on gram scale with standard solid-state laboratory techniques. Finally, we report on serendipitously encountered self-coating of the crucible inner walls' by graphite during repeated synthesis cycles, which proved to be highly beneficial for the obtained yields.

© 2020 WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim.