氮化铬 | 12053-27-9

• 物质功能分类: 无机化工 - 无机盐 - 氢化物、氮化物、叠氮化物
• 分子结构分类: 无机化合物 - 混合金属/非金属化合物 - 各种混合金属/非金属
• 中文名称: 氮化铬
• 英文名称: chromium(III) nitride
• 英文别名: chromium nitride；Azane;chromium
• CAS: 12053-27-9
• 化学式: CrN
• 分子量: 66.0027
• InChiKey: SJKRCWUQJZIWQB-UHFFFAOYSA-N

物化性质

• 熔点：
  1650°C
• 密度：
  6.800
• 稳定性/保质期：
  常温常压下稳定，应避免与氧化物和酸接触。该物质属于六方晶系，晶格参数为a=0.274nm，c=0.445nm，呈现浅灰色晶体状态。其熔点为1650℃。在真空条件下，于700～1200℃时会分解。当暴露在空气中并加热至800℃以上时，会氧化形成Cr2O3。

计算性质

• 辛醇/水分配系数(LogP)：
  0.16
• 重原子数：
  2
• 可旋转键数：
  0
• 环数：
  0.0
• sp3杂化的碳原子比例：
  0.0
• 拓扑面积：
  1
• 氢给体数：
  1
• 氢受体数：
  1

安全信息

• TSCA：
  Yes
• 危险品标志：
  Xn
• 安全说明：
  S22,S36/37
• 危险类别码：
  R22,R42/43

制备方法与用途

化学性质

氮化铬（化学式：CrN）是一种灰棕色粉末，密度为6.1克/立方厘米，熔点高达1770℃。它对水、酸和碱均表现出良好的稳定性。然而，需要注意的是，铬(III)化合物属于第三类致癌物质清单。

用途

氮化铬作为炼钢合金添加剂具有优异的性能，并且其物理和机械性能也非常出色，甚至比氮化钛更具耐磨性。这种材料拥有高硬度和良好的耐磨特性，主要用于制造耐磨涂层。此外，氮化铬还适用于抗腐蚀金属涂层及塑胶模具，也可用于多成分涂层材料。

经空心阴极离子镀制备的氮化铬膜具有Cr+Cr2N双相组织结构，晶粒度为20～70纳米，硬度达到HV22GPa。经过真空退火后，其硬度可提高至HV35.4GPa，耐磨性能优于CrC膜。采用反应溅射法可制备出Cr+Cr2N或单相CrN两种组织结构的氮化铬膜，这两种组织结构的硬度均在HV20～25GPa（块体CrN硬度为HV11GPa），适合作为耐磨涂层。

生产方法

1. 将低碳铬铁置于真空加热炉中，在1150℃条件下进行氮化处理得到粗氮化铬铁。随后，通过硫酸处理去除铁杂质，并经过滤、水洗及干燥过程最终制得氮化铬。此外，氨与卤化铬的反应也可用于制备氮化铬。
2. 将高纯度电解铬粉末置于150mmHg（1mmHg=133.322Pa）氮气流中，在1060℃下加热160小时后排出氮气并进行快速冷却，从而获得Cr2N。
3. 低碳铬铁破碎至粒度小于3毫米。取1000公斤在真空加热炉内于1150℃及氮压为0.0987兆帕条件下氮化24小时，得到粗氮化铬铁。冷却后再次粉碎至粒度小于0.3毫米，并取1000公斤在950℃下重复进行氮化处理（其他条件保持一致）。随后将样品粉碎至粒度小于0.3毫米并放入1立方米反应器中用硫酸处理16小时，去除铁杂质。最终经过过滤、水洗及干燥步骤，回收到约109千克的氮化铬产品，含Cr为78.6%，N为21.97%，O为2.08%，Fe为0.59%，C为0.13%。同样地，氨与卤化铬的反应也可用于制备氮化铬。

反应信息

• 作为反应物：
  描述：

  氮化铬 以 neat (no solvent) 为溶剂， 生成 铬
  参考文献：
  名称：

  Ufer, C. E., Liebigs Annalen der Chemie, 1859, vol. 112, p. 281 - 303

  摘要：

  DOI：
• 作为产物：
  描述：

  三氯化铬 在 lithium nitride 作用下， 以 neat (no solvent) 为溶剂， 生成 氮化铬
  参考文献：
  名称：

  Guntz, Comptes Rendus Hebdomadaires des Seances de l'Academie des Sciences, 1902, vol. 135, p. 738 - 740

  摘要：

  DOI：
• 作为试剂：
  描述：

  一氧化碳 、 氧气 在 氮化铬 作用下， 以 neat (no solvent, gas phase) 为溶剂， 生成 二氧化碳
  参考文献：
  名称：

  The catalytic properties of transition-element carbides and nitrides in the oxidation of carbon monoxide

  摘要：

  DOI：

  10.1007/bf00516945

文献信息

• Ca₆[Cr₂N₆]H, the First Quaternary Nitride−Hydride
  作者：Mark S. Bailey、Mark N. Obrovac、Emilie Baillet、Thomas K. Reynolds、David B. Zax、Francis J. DiSalvo

  DOI：10.1021/ic0343206

  日期：2003.9.1

  the space group R3 (No. 148, Z = 3) with lattice constants (A) a = 9.0042(2) and c = 9.1898(3) and contains the complex anion [Cr(2)N(6)](11)(-) with a short chromium-chromium bond length of 2.26 A. To our knowledge, this is the first example of a non-nitrogen-bridged chromium-chromium dimer in an extended structure compound. Magnetic susceptibility measurements reveal the compound to be paramagnetic

  在密封的铌或不锈钢管中于1000摄氏度下合成了新型季铵氢化物Ca（6）[Cr（2）N（6）] H。它在具有晶格常数（A）a = 9.0042（2）和c = 9.1898（3）的空间群R3（No. 148，Z = 3）中结晶，并包含复合阴离子[Cr（2）N（6）]。 （11）（-），短铬-铬键长为2.26A。据我们所知，这是扩展结构化合物中非氮桥联铬-铬二聚体的第一个例子。磁化率测量表明该化合物在室温下为顺磁性，并且反铁磁的排列顺序以55 K为中心。
• Electrochemically Prepared Precursors for the Formation of Non‐Oxides
  作者：Christian Rüssel、Ralph Zahneisen

  DOI：10.1149/1.2221243

  日期：1992.9.1

  Various metals, such as Ca, Mg, Al, Ti, Cr, Y, Zr, and Ta were anodically dissolved in an organic electrolyte composed of propylamine, acetonitrile, and tetrabutylammonium bromide. The electrode reactions were completely irreversible. At the cathode, the organic amine was reduced to the corresponding anion and gaseous hydrogen, at the anode the metals were oxidized and metal-amino compounds were formed

  各种金属，如 Ca、Mg、Al、Ti、Cr、Y、Zr 和 Ta 阳极溶解在由丙胺、乙腈和四丁基溴化铵组成的有机电解质中。电极反应是完全不可逆的。在阴极，有机胺被还原成相应的阴离子和气态氢，在阳极，金属被氧化并形成金属-氨基化合物
• Lithium Imide Synergy with 3d Transition-Metal Nitrides Leading to Unprecedented Catalytic Activities for Ammonia Decomposition
  作者：Jianping Guo、Peikun Wang、Guotao Wu、Anan Wu、Daqiang Hu、Zhitao Xiong、Junhu Wang、Pei Yu、Fei Chang、Zheng Chen、Ping Chen

  DOI：10.1002/anie.201410773

  日期：2015.3.2

  promoters; however, the promoting mechanism remains essentially unclear. Li, when in the imide form, is shown to synergize with 3d transition metals or their nitrides TM(N) spreading from Ti to Cu, leading to universal and unprecedentedly high catalytic activities in NH3 decomposition, among which Li2NHMnN has an activity superior to that of the highly active Ru/carbon nanotube catalyst. The catalysis is

  碱金属已被广泛用作催化剂促进剂。但是，促进机制在本质上仍不清楚。李，当在酰亚胺形式，被示出为与3d过渡金属或它们的氮化物TM（N）扩展从T 1到铜，导致普遍和空前高催化活性在NH增效3分解，其中李2 NH  MNN具有其活性优于高活性Ru /碳纳米管催化剂。催化过程通过两步循环完成：1）Li 2 NH与3d TM（N）反应形成LiTMN和H 2的三元氮化物，以及2）LiTMN氨化为Li 2 NH，TM（ N）和N 2导致2 NH整齐反应3 ⇌N 2 + 3H 2。李2 NH，作为NH 3发射剂，有利于形成较高的N-含量中间体（LiTMN），其中，Li执行感应效应来稳定TM  N键并且因此改变了反应热力学。
• Ce2[CrN3]: Single Phase Synthesis and Characterization of a Nitridochromate(I)
  作者：Daniel Bräunling、Rainer Niewa

  DOI：10.1002/zaac.201100237

  日期：2011.10

  The ternary nitridochromate Ce2[CrN3] (orthorhombic Immm, a = 378.56(1) pm, b = 340.88(2) pm, c = 1251.27(4) pm) was synthesized in single phase form from the binary nitrides utilizing the decomposition of CrN to Cr2N. Magnetic susceptibility measurements as well as X-ray absorption spectroscopy indicate a Ce4+(4f0) electronic state and in turn an oxidation state of +1 for chromium provided –3 for

  三元氮化铬酸盐 Ce2[CrN3]（斜方晶系 Immm，a = 378.56(1) pm，b = 340.88(2) pm，c = 1251.27(4) pm）是利用 CrN 分解从二元氮化物以单相形式合成的到 Cr2N。磁化率测量以及 X 射线吸收光谱表明 Ce4+(4f0) 电子态，反过来铬的氧化态为 +1，氮的氧化态为 –3。
• Infrared Spectra, Structure, and Bonding of the Group 6 and Ammonia M:NH₃, H₂N−MH, and N≡MH₃ Reaction Products in Solid Argon
  作者：Xuefeng Wang、Lester Andrews

  DOI：10.1021/om8003459

  日期：2008.10.13

  undergo oxidative addition reactions with ammonia during condensation in excess argon. The subject molecules were trapped in solid argon and identified by isotopic shifts and DFT frequency calculations. The 1:1 metal−ammonia complexes increased on annealing and photoisomerized to H2N−MH and then to N≡MoH3 and N≡WH3, but N≡CrH3 is too high in energy to be formed here. These products also increased slightly

  激光烧蚀后的铬，钼和钨原子在过量的氩气中冷凝时会与氨发生氧化加成反应。将目标分子捕获在固体氩气中，并通过同位素位移和DFT频率计算进行鉴定。1：1的金属-氨络合物增加了退火和photoisomerized至H 2的N- MH然后N≡MoH 3和N≡WH 3，但N≡CrH 3是过高的能量在这里形成。这些产物在退火时也略有增加，这表明第6族金属原子与氨之间的自发反应。该N≡MoH 3和N≡WH 3 分子包含完全形成的三键，有效键序为2.91和2.92（使用B3LYP密度泛函计算）和末端金属氮化物键长，与针对较大有机金属配合物测得的长度一致。