氮化鋰是一種金屬氮化合物，為紫色或紅色的晶狀固體，在反射光下顯淺綠色光澤，在透射光中呈紅寶石色。在空氣中長期暴露，最終會變成碳酸鋰。鹼性金屬氮化物化學是極其有限的，二元化合物中只有氮化鋰是穩定而容易製備的（氮化鈉和氮化鉀只有在比較極端的條件下才能製得）。
常溫下，金屬鋰暴露在空氣中即可部分生成氮化鋰，鋰在氮氣流中生成氮化鋰，要比在空氣中快10—15倍，這時鋰全部轉化為氮化鋰。相比這一性質，其他鹼金屬則難以形成氮化物，譬如氮化鈉僅能在低溫下用原子束在藍寶石上沉積製備，且稍稍加熱就會分解。
氮化鋰易水解，生成氫氧化鋰和氨氣，特別是細粉狀的氮化鋰，在空氣中加熱可發生劇烈燃燒。因此，氮化鋰必須在惰性氣氛（例如氮氣）中進行操作處理。
基本介紹
- 中文名：氮化鋰
- 英文名：Lithium nitride
- 別稱：一氮化鋰
- 化學式：Li3N
- 分子量：34.82
- CAS登錄號：26134-62-3
- EINECS登錄號：247-475-2
- 熔點：845℃
- 水溶性：分解
- 密度：1.270 g/cm3
- 外觀：紫色或紅色晶體
- 閃點：無意義
- 套用：固體電解質
- 危險性符號：F, C
- 危險性描述：易燃品, 腐蝕性
- 危險品運輸編號：UN 2806 4.3/PG 1
研究歷史,理化特性,晶體結構,物理性質,化學性質,製備,方法一,方法二,套用,固體電解質,製備立方氮化硼,有機發光器件電子注入層,使用注意事項,危險性概述,急救措施,消防措施,個體防護,儲存信息,泄漏應急處理,操作處置與儲存,廢棄處置,運輸信息,包裝方法,運輸注意事項,安全信息,計算化學數據,
研究歷史
氮化鋰早在19世紀末就被人們發現，並且很容易通過單質之間的化合反應來製備。1935年，Zintl和Brauer首先測定出氮化鋰晶體的六角形結構，這種結構在1976年又被Rabenau和Schultz通過單晶X射線衍射(XRD)重新確定。
對氮化鋰與氫氣反應的研究始於20世紀初。Dafert和Miklauz發現於氮化鋰和氫氣在220-250℃反應生成組成為"Li3NH4"的物質，他們繼續加熱這種物質，在較高溫度下(>700℃)分解為組成為"Li3NH2"的物質和氫氣。後來他們和Ruff及Georges發現這種"Li3NH4"是Li2NH + LiH，而"Li3NH2"是LiNH2 + 2 LiH。
如今，氮化鋰已經在許多領域中得到了套用，利用離子極化模型可以對 Li3N 在常壓高溫下的催化作用和在溶劑熱方法中作為氮源的作用給予合理解釋。由金屬鋰在500 ℃同 N2 反應生成的 Li3N，是高溫高壓下合成cBN 的比較好的催化劑，它還可以對常壓高溫下生成 hBN 的反應起催化作用和在溶劑熱方法中作為合成hBN 和cBN 的氮源。
參考資料：
理化特性
晶體結構
氮化鋰屬於六方晶系，晶體結構如圖所示。
在氮化鋰晶體中，存在鋰、氮原子共同組成的鋰、氮層。其排布方式為鋰原子以石墨晶體中的碳原子方式排布，氮原子在鋰原子構成的六邊形的中心。在鋰、氮層之間存在鋰層。因為鋰、氮層中鋰氮比為2:1，即為Li2N，不符合化學計量式Li3N，所以在每兩個鋰、氮層之間還有一個鋰層。
在氮化鋰晶胞中，Li－N之間的距離為213pm，接近鋰離子和氮負離子的離子半徑之和，每個鋰、氮層與相鄰的鋰層間距為194pm，這表明氮化鋰是一種離子化合物。
物理性質
熔點：845℃
熵：SΘ = 37.6 J/(mol·K)
生成焓：ΔHfΘ = -198.6 kJ/mol
生成自由能：ΔGfΘ = -155.1 kJ/mol
熱容：CpΘ = 75.2 J/(mol·K)
溶解性：不溶於多數有機溶劑。
化學性質
在潮濕的空氣中穩定，因表面覆蓋了一層保護層。
與水反應生成氫氧化鋰和氨：
Li3N (s) + 3 H2O (l) → 3 LiOH (aq) + NH3 (g)
Li3N (s) + 3 H2O (l) → 3 LiOH (aq) + NH3 (g)
氮化鋰是超強鹼，其鹼性比負氫離子還要強，因此可以將氫去質子化：
Li3N (s) + H2 (g) → Li2NH (s) +LiH (s)
氮化鋰在氫氣中加熱時可相繼得到氨基鋰（LiNH2）、亞氨基鋰（Li2NH），最終轉化為氫化鋰，並放出氨。
由於氮化鋰吸收氫氣的反應在270℃時可逆，氮化鋰可作為氫氣儲存的媒介，最多可吸收其重量 11.5% 的氫氣。不論上述反應朝哪個方向進行，氨基鋰（LiNH2）和亞氨基鋰（Li2NH）總是反應的中間產物。
Li3N (s) + H2 (g) → Li2NH (s) +LiH (s)
氮化鋰在氫氣中加熱時可相繼得到氨基鋰（LiNH2）、亞氨基鋰（Li2NH），最終轉化為氫化鋰，並放出氨。
由於氮化鋰吸收氫氣的反應在270℃時可逆，氮化鋰可作為氫氣儲存的媒介，最多可吸收其重量 11.5% 的氫氣。不論上述反應朝哪個方向進行，氨基鋰（LiNH2）和亞氨基鋰（Li2NH）總是反應的中間產物。
製備
氮化鋰的製備可直接將元素氮和鋰直接反應而成，通常是將鋰在純氮氣中燃燒而製得，無論是在實驗室還是在工業上，這種方法都是製備氮化鋰最常用的方法。除此之外，也可將氮氣通入溶解有金屬鋰的液態鈉中，後者製備出的氮化鋰純度較高。
方法一
該方法是在高溫下用金屬鋰和純淨的氮氣直接反應，製得的產品純度可達95%～99%。
製備裝置：
氮化鋰製備裝置1
氮化鋰製備裝置1將氮氣通過裝有五氧化二磷的U形管和赤熱銅屑的石英管，以充分脫氧。然後使氮氣通過氫氧化鉀乾燥管和濃硫酸的洗氣瓶，進一步除去水分。反應管是長90cm、內徑為5cm的鐵管，管內裝有一個小鐵盤和一個大鐵盤。管外有電阻絲加熱並有熱電偶測量溫度。
首先，將氮氣通入反應管（注意：準備反應、進行反應和反應結束始終是在氮氣中）。逐步升溫至200℃，目的是驅趕反應管內的空氣和水分。待反應管冷卻，在小盤中加入一粒新切的0.5cm大小的鋰粒，用來脫氧脫水。在大盤中加入10～12粒同樣大小的鋰粒作為反應物。通氣1h後緩慢升溫至450℃。反應結束後，緩慢打開旋塞，逐漸降低氮氣的壓力。待反應管冷卻至室溫，取出氮化鋰產物。
方法二
該方法是用氧化鋯坩堝作容器，在800℃高溫下進行反應，可得到氮化鋰結晶。
氮化鋰製備裝置2
氮化鋰製備裝置2製備裝置：
a—氧化鋯坩堝；b—鐵制坩堝；c—瓷管；d—反應儀器
a為表面塗了一層熔融氟化鋰（熔點840℃）的氧化鋯坩堝，將a放在鐵制保護坩堝b中，然後將兩者一併放入耐高溫的瓷管c中。用玻璃蓋將瓷管蓋好，並密封。玻璃蓋聯接三通活塞，可抽真空或通入氣體。玻璃蓋與瓷管密封處的外圍有蛇形管可通冷卻水。
在通氬氣的操作箱內將鋰的表面刮淨，切成小塊，在氬氣的保護下，裝進坩堝a。將瓷管密封后，抽真空，通氮氣，反覆操作多次。如欲製得較大的氮化鋰晶體可在400℃時開始氮化，並以20%（體積分數）的高純氬氣稀釋純淨並乾燥的氮氣，然後逐漸升溫至800℃，可得氮化鋰。
套用
固體電解質
氮化鋰是一種快離子導體且其電導率比其他無機的鋰鹽都高，已有許多研究是針對氮化鋰作為電池固體電極及陰極材枓的套用。
以氮化鋰為基，製備了一系列鋰快離子導體。對它們的物相組成進行分析鑑定，研究 它們的離子電導、分解電壓 、電導率等電化學性能並以此材料組裝了實驗電池進行了放電試驗。研究表明：氮化鋰電基二元系（Li3N- LiCl）已形成 Li9N2Cl3 化合物，它的分解電壓達到2.5V 以上，電導率在25℃時為1.3×10-5 Scm-1。
多元離子導體材料合成裝置圖作為快離子導體材料應具備有較高的分解電壓，較低的電子電導，較高的離子電導率和較好的化學穩定性。許多鋰的快離子導體具有上述特性，它可用來製造性能優越的全固態電池，用作計算器、照相機閃光燈、電子表以及日益增多的電子設備和電子產品的電源；除此之外鋰離子導體還可用來製造特殊的離子器件；人們曾構想用鋰快離子導體材料建造大型儲（電）能堆 、 當大城市深夜用電低峰期，多餘的電可充入儲能站，當用電高峰期又源源不斷地給電網送電。由於鋰快離子導體有著廣闊的套用前景，引起了人們極大的興趣，並為尋找更好的鋰快離子導體開展了廣泛深入的研究工作。
Li3N分解電壓僅 0.44 V （25℃），這樣它的實際套用就受到了限制。因此對 Li3N 的改造、合成 Li3N基二元、三元系列離子導體材料成為必要。一種改進方法是：將研磨好的 Li3N 粉末與適量的無水 LiCl 粉末 （2 : 3 摩爾比） )混合均勻，在壓片機上壓片後裝入鎳舟，置於合成裝置中，氮氣作保護氣氛，加熱至 600 ℃(90 分鐘)，得到灰白色的Li9N2Cl3 固體粉末。從電化學實驗的研究中發現，由 Li3N 加入 LiCl 製得的Li9N2Cl3 化合物分解電壓從0.4 V提高到2.5 V以上。
製備立方氮化硼
除用作固體電解質外，氮化鋰還是六方氮化硼轉化為立方氮化硼的有效催化劑。
1987 年日本學者利用超高壓高溫條件下晶種法通過摻 Si 獲得了粒徑 2 mm、形狀不規則的 N-型 cBN 單晶體，然後又在該晶體表面二次高壓生長了摻Be 的 P-型 cBN 單晶體，最後通過切割研磨獲得了 cBN 同質 P-N 結。
國內也有類似的合成實驗，實驗是在國產 DS-029B 型六面頂壓機上完成的。為了研究觸媒/添加劑對高壓合成 cBN 樣品形 狀的影響，實驗採用純度為 99%的 hBN 作初始原料, 以自制的氮化鋰 Li3N 、氫化鋰 LiH 為觸媒，以商業 99%純度的氨基鋰 LiNH2 為添加劑。實驗前首先將六方氮化硼(hBN)在真空條件下保持 100 ℃烘乾 12 h，以除去原料中吸附的水分和氣體，然後按一定比例將初始原料 hBN與 LiH、 Li3N、LiH +Li3N、LiH+LiNH2 、Li3N + LiNH2 均勻混合，並壓製成直徑 15.3 mm、高 6 mm 的 圓柱。實驗中所用的 合成壓力為4.0～ 6.0 GPa，溫度 1400～ 1900 ℃、保溫時 間10～20min。實驗結束後緩慢卸壓，取出樣品經酸、鹼處理，漂洗過濾後得到cBN 晶體。
除上述實驗以外，以傳統的相變法為基礎，通過研究以氮化鋰為觸媒，六角氮化硼為原料，通過添加不同的添加劑合成立方氮化硼。藉助X-光衍射技術、拉曼衍射技術等等對實驗產物進行分析和表征，可以得到不同添加劑會對體系產生不同的影響。對氟化氨對氮化鋰和六角氮化硼體系合成立方氮化硼過程中的影響進行分析，藉助X-光衍射技術對合成產物進行分析，發現氟化氨雖然會消耗觸媒氮化鋰，但是同時產生附加產物氨氣，它可以降低合成實驗的壓力。分析氫化鋰對氮化鋰和六角氮化硼體系合成立方氮化硼過程中的影響，藉助X-光衍射技術和拉曼衍射技術對合成產物進行分析，得到氫化鋰會和六方氮化硼反應生成了觸媒氮化鋰、氨氣和單質硼原子，單質硼原子具有使晶體顏色變黑並抑制晶體沿（111）面生長的結果。
關於觸媒組裝對合成結果的影響可作如下討論：如果認為立方氮化硼的生成過程首先是在高溫高壓下觸媒向鄰近的六方氮化硼中擴散反應，生成某種中間化合物。後者可以溶解餘下的六方氮化硼而成為一種溶媒熔體，隨著溫度和壓力進入立方氮化硼穩定區，該熔體中被溶解的以單個或許更可能的是以某種集團形式存在氮硼離子，由於濃度達到過飽和，將按立方氮化硼的結構結晶析出。隨著這些離子或者離子集團通過溶媒熔體向析出的立方氮化硼晶體上不斷的擴散沉積，該晶體將不斷得到長大，直至過程停止為止。
有機發光器件電子注入層
有機發光器件（Organic Light-Emitting Device，OLED）具有全固態、主動發光、
視角寬、回響速度快（<1 μs）、工作溫度範圍大（-45 ℃ ～ +85 ℃）以及可製作柔性襯底上、單位功耗小等優點，因此被業界視為下一代的主流顯示和照明技術之一。各種新型有機半導體材料和新型有機器件結構的套用，使 OLED 性能和產業化都取得了重大的進步。
不同摻雜濃度和厚度的OLED器件結構
不同摻雜濃度和厚度的OLED器件結構採用氮化鋰（Li3N）作為 n 型摻雜劑摻入到電子傳輸材料tris（8-hydroxy quinoline） aluminium（Alq3）層中以提高OLED 器件的性能.已經有文獻報導 Li3N 作為電子注入層與陰極之間的緩衝層可以提高器件的性能。在蒸鍍過程中，Li3N 分解為 Li 和 N2，只有 Li 可以沉積在器件，N2對器件性能也沒有不良的影響。實驗表明經 Li3N 摻雜的 Alq3 層作為電子注入層，套用於 OLED 中可以有效的高OLED 的效率，並且能降低器件的工作電壓。
使用注意事項
危險性概述
燃爆危險：該品遇濕易燃，有毒，具腐蝕性，可致人體灼傷。
急救措施
皮膚接觸：立即脫去污染的衣著，用大量流動清水沖洗至少15分鐘。就醫。
眼睛接觸：立即提起眼瞼，用大量流動清水或生理鹽水徹底沖洗至少15分鐘。就醫。
吸入：迅速脫離現場至空氣新鮮處。保持呼吸道通暢。如呼吸困難，給輸氧。如呼吸停止，立即進行人工呼吸。就醫。
食入：用水漱口，給飲牛奶或蛋清。就醫。
消防措施
危險特性：具有強還原性。遇水或水蒸氣反應放出有毒和易燃的氣體。與酸類物質能發生劇烈反應。與氧化劑能發生強烈反應。受高熱分解放出有毒的氣體。
有害燃燒產物：氮氧化物、氧化鋰。
滅火方法：消防人員須佩戴防毒面具、穿全身消防服，在上風向滅火。
滅火劑：乾粉、二氧化碳、砂土。禁止用水和泡沫滅火。
個體防護
工程控制：密閉操作，局部排風。
呼吸系統防護：空氣中粉塵濃度超標時，必須佩戴自吸過濾式防塵口罩。緊急事態搶救或撤離時，應該佩戴空氣呼吸器。
眼睛防護：戴化學安全防護眼鏡。
身體防護：穿橡膠防腐工作服。
手防護：戴橡膠手套。
其他防護：工作場所禁止吸菸、進食和飲水，飯前要洗手。工作完畢，淋浴更衣。保持良好的衛生習慣。
儲存信息
泄漏應急處理
應急處理：隔離泄漏污染區，限制出入。切斷火源。建議應急處理人員戴自給式呼吸器，穿全棉防毒服。不要直接接觸泄漏物。
小量泄漏：用乾石灰、沙或蘇打灰覆蓋，用潔淨的鏟子收集於乾燥、潔淨、有蓋的容器中。
大量泄漏：收集回收或運至廢物處理場所處置。
操作處置與儲存
操作注意事項：密閉操作，局部排風。防止粉塵釋放到車間空氣中。操作人員必須經過專門培訓，嚴格遵守操作規程。建議操作人員佩戴自吸過濾式防塵口罩，戴化學安全防護眼鏡，穿橡膠防腐工作服，戴橡膠手套。遠離火種、熱源，工作場所嚴禁吸菸。使用防爆型的通風系統和設備。避免產生粉塵。避免與氧化劑、酸類接觸。尤其要注意避免與水接觸。配備相應品種和數量的消防器材及泄漏應急處理設備。倒空的容器可能殘留有害物。
儲存注意事項：儲存於陰涼、乾燥、通風良好的庫房。遠離火種、熱源。防止陽光直射。包裝必須密封，切勿受潮。應與氧化劑、酸類、食用化學品等分開存放，切忌混儲。採用防爆型照明、通風設施。禁止使用易產生火花的機械設備和工具。儲區應備有合適的材料收容泄漏物。
如果遵照規格使用和儲存則不會分解。避免接觸氧化物，水分/潮濕，酸，空氣。遇濕氣分解放出氨氣，故應在氮氣中保存。
廢棄處置
處置前應參閱國家和地方有關法規。建議用焚燒法處置。
運輸信息
包裝方法
螺紋口玻璃瓶、鐵蓋壓口玻璃瓶、塑膠瓶或金屬桶（罐）外普通木箱。
運輸注意事項
運輸時運輸車輛應配備相應品種和數量的消防器材及泄漏應急處理設備。裝運本品的車輛排氣管須有阻火裝置。運輸過程中要確保容器不泄漏、不倒塌、不墜落、不損壞。嚴禁與氧化劑、酸類、食用化學品等混裝混運。運輸途中應防曝曬、雨淋，防高溫。中途停留時應遠離火種、熱源。運輸用車、船必須乾燥，並有良好的防雨設施。車輛運輸完畢應進行徹底清掃。鐵路運輸時要禁止溜放。
安全信息
危險運輸編碼：UN 2806 4.3/PG 1
危險品標誌：易燃腐蝕
計算化學數據
1、疏水參數計算參考值（XlogP）：無
2、氫鍵供體數量：1
3、氫鍵受體數量：1
4、可旋轉化學鍵數量：0
5、互變異構體數量：無
6、拓撲分子極性表面積：1
7、重原子數量：4
8、表面電荷：2
9、複雜度：3.2
10、同位素原子數量：0
11、確定原子立構中心數量：0
12、不確定原子立構中心數量：0
13、確定化學鍵立構中心數量：0
14、不確定化學鍵立構中心數量：0
15、共價鍵單元數量：4
