電子化合物

電子化合物是一類具有相同電子濃度的特殊的金屬間化合物。該類相通常在具有相近原子尺寸和電負性的貴金屬間形成，如銅、鋅、金、銀等B族金屬，電子濃度對該類金屬間化合物的形成和穩定起到了最主要的作用。

基本介紹

• 中文名：電子化合物
• 外文名：electrides
• 定義：具有相同電子濃度的金屬間化合物
• 包括：多形成缺電子多中心鍵
• 學科：冶金工程
• 領域：冶煉

名詞簡介

電子化合物是由第一族或過渡族元素與第二至第四族元素構成的化合物，他們不遵守化合價規律，但滿足一定的電子濃度，雖然電子化合物可用化學式表示，但實際成分可在一定的範圍變動，可溶解一定量的固溶體。

中間相的一類，亦稱為休姆相。合金中的一類成分和結構決定於電子濃度的化合物。

一般，電子濃度為3/2的電子化合物具有體心立方結構(β黃銅結構)；電子濃度為21/13的電子化合物具有複雜立方結構(γ黃銅結構)；電子濃度為21/12的電子化合物具有密排六方結構（ε黃銅結構）。性能十分硬脆，是合金組織中的一種重要組成相。

發現

電子化合物(Electron Compounds)或電子相(Electron Phases )，是一類具有相同電子濃度的特殊的金屬間化合物。該類相通常在具有相近原子尺寸和電負性的貴金屬間形成，如銅、鋅、金、銀等B族金屬，電子濃度對該類金屬間化合物的形成和穩定起到了最主要的作用。它們不但是研究電子對結構影響的理想對象，而且是材料中重要的強化相。隨著電子化合物的概念由晶體相擴展到準晶及其近似相、以及大塊金屬玻璃，其穩定的物理機制的研究具有重大的實際意義。早在1920年間，金屬間化合物( Intermetallic Compounds)的研究引起了人們的興趣。當時人們已經知道無機化合物通常的價電子都用來形成穩定的軌道並處於飽和狀態，從而具有一定的化學計量比，且一般不具有導電性。由於金屬鍵理論並未建立，金屬間化合物以特殊的化學計量比存在而具有導電的特性，引起了人們的研究興趣。

包括

（1）由缺電子原子與多電子原子化合物形成的配鍵化合物，如[F₃B←NH₃]，Al₂Cl₆，BeCl₂鏈狀多聚分子，含離域π鍵。

（2）由缺電子原子與等電子原子化合形成的缺電子分子，如B₂H₆，共有12個價電子，按經典結構式需要7個共價鍵、14個價電子，還缺2個，多形成缺電子多中心鍵。

（3）由缺電子原子與缺電子原子化合形成的化合物，其鍵型已逐漸向金屬鍵過渡。

鈣鋁石多孔電子化合物的製備

電子化合物是一種以電子作為陰離子的特殊離子晶體材料，與傳統金屬材料不同，電子化合物中的電子並不是隨機自由分布的，其分布具有一定的區域性。電子化合物中難以有效控制的電子濃度以及其較低的熱穩定性這兩大難題一直以來都是限制電子化合物發展的主要因素。

鈣鋁石是一種新型的兩相複合陶瓷材料，其是一種絕緣材料，但可以通過一定的途徑轉化為一種電子濃度較高並且室溫下穩定的理想電子化合物。鈣鋁石的這種獨特的性能來自於其晶體結構中特殊的籠狀結構，每個鈣鋁石單晶均有12個特殊的籠狀結構組成，其中，2個O^2-(自由氧離子)隨機占據了12個籠狀結構中的2個。由於自由氧離子在籠狀結構中十分不穩定，因此易被擁有合適離子半徑的粒子所取代，當取代自由氧離子的粒子為電子時，鈣鋁石便能轉化為一種室溫穩定的理想電子化合物。

鈣鋁石於1936年首次被發現，其後的幾年中，其特殊的晶體結構被學者們成功的推導出來。在2003年首次報導了一種室溫下穩定的鈣鋁石電子化合物的製備方法，並且用電子順磁共振光譜法(EPR)證實了C12A7電子化合物的形式。其後，又有多種鈣鋁石的電子化合物通過不同的方法被合成出來。

然而，有關具有相互連線的大孔和共連續骨架的導電多孔C12A7的報導還很少。大孔結構所提供的空間允許多種化學反應的充分進行並且可以降低液體流動的阻力。這種內部具有大孔結構的穩定導電材料可以套用於多孔電極、催化劑載體等一系列電化學反應等領域。

然而，由於鈣鋁石電子化合物中鈣元素本身是一種十分活潑的金屬元素，因此會對總體的電子濃度及化合物穩定性產生一定的影響，因此製備出一種多孔鈣鋁石電子化合物的基礎上，利用其它更穩定的金屬離子取代一定量的鈣元素格位，加強鈣鋁石電子化合物的熱穩定性以及其導電性能，並考察了Cd元素摻雜對鈣鋁石顯微結構、晶體變化、電學性能的影響。