插入化合物

在插入化合物中，外來原子、離子或分子可以可逆插入到宿主材料的晶格中或從晶格結構中脫嵌，宿主材料的晶格原子只發生位移而不產生擴散性重組（稱為topotactic reaction）。

基本介紹

• 中文名：插入化合物
• 外文名：intercalation compound
• 別名：嵌入化合物

簡介

概述

插入化合物的宿主材料具有開放結構，不同材料可以提供一維、二維或三維的擴散通道。插入物在宿主材料的晶格中可以移支、插入或脫嵌，濃度可變化。

插入物的種類及濃度對宿主化合物的電、磁、熱及力學性質有顯著的影響。插入化合物按電子轉移可以分為施主型和受主型兩類。已發現幾百種插入化合物，如TiS₂、WO₃、石墨等。它們被廣泛用作電極材料、敏感材料、發光材料、固體潤滑劑、催化劑、儲氫材料和同位素轉移材料等。

套用

作為插入型化合物如LiMn₂O₄、LiCoO₂、LiNiO₂等則基本是鋰離子電池電極材料的研究熱點 。採用LiMn₂O_4、 LiCoO₂與高比表面積活性炭按一定比例混合的複合材料作為超級電容器的電極材料，表現出了良好的電容性能。尤其是LiMn₂O₄和LiCoO₂含量為50 %時與活性炭之間存在良好的協同作用，比容量可以達到40 .52F/ g ，單電極比容量超過160F/ g時，電壓可以達到3V，性能優於單純的活性炭或離子插入型化合物。

舉例

C60插入化合物

C₆₀ 是最早發現的插入化合物，它是在C₆₀主晶格中插入鹼金屬形成A_xC₆₀ 插入化合物，x 可以是2 、3、4 、6，當x 是2 和3 時，化合物保持原來C₆₀面心立方結構不變，當x 等於4 時，其為體心四方結構，x 等於6 時，它既可能是面心立方，又可能是體心立方，由鹼金屬原子的大小決定。此外像Na₂RbC₆₀、Na₂C_SC₆₀等許多複合的化合物也製備出來。這些化合物大都通過固態反應法製備， 由於鹼金屬很活潑， 可通過C₆₀ 與鹼金屬蒸汽長時間反應得到，也可用Na₅Hg₂ 作為原料，反應後再將Hg 去除的辦法製備。在這族材料中，具有超導特性的A₃C₆₀ 最引人關注， 其超導轉變溫度Tc 隨晶胞參數的變大而升高，最高的是Cs₂RbC_60，其可達33K。

其它

人們又把目光轉向鹼土族元素，製備AExC_{60 。}Ca₅C₆₀、Ba₄C_{60 、}S_r4C₆₀都己經製備出來，在這族材料中，插入鹼土原子引入的電子占次最低能級t_1g，不像t_1u，t_1g能級的占位率對材料的超導性沒有明顯影響。通過計算鑭系元素與C₆₀形成化合物的形成焓，Ruoff 曾預言鑭系元素可以插入C₆₀ 中，並根據S_m、Eu、Y_b 的結合能明顯比其它鑭系元素低的結果，預言這三種元素將最容易與C₆₀ 形成插入化合物。

在九五年，R_2，75C₆₀( R= Yb，Sm ) 製備出來，這個體系的基本結構是面心立方， 但由於四面體中陽離子空位有序，導致晶格畸變且形成超結構， 其品系也由立方退化成非常接近於立方的正交。Yb_2，75C₆₀的超導轉變溫度為6K，Sm_2，75C₆₀為8K。這些化合物都通過長時間固態反應法製備，得到的材料只有在真空條件下才穩定。