[科普中国]-电子化合物

简介

电子化合物是由第一族或过渡族元素与第二至第四族元素构成的化合物，他们不遵守化合价规律，但满足一定的电子浓度，虽然电子化合物可用化学式表示，但实际成分可在一定的范围变动，可溶解一定量的固溶体。

中间相的一类，亦称为休姆相。合金中的一类成分和结构决定于电子浓度的化合物。

一般，电子浓度为3/2的电子化合物具有体心立方结构(β黄铜结构)；电子浓度为21/13的电子化合物具有复杂立方结构(γ黄铜结构)；电子浓度为21/12的电子化合物具有密排六方结构（ε黄铜结构）。性能十分硬脆，是合金组织中的一种重要组成相1。

电子化合物的发现电子化合物(Electron Compounds)或电子相(Electron Phases )，是一类具有相同电子浓度的特殊的金属间化合物。该类相通常在具有相近原子尺寸和电负性的贵金属间形成，如铜、锌、金、银等B族金属，电子浓度对该类金属间化合物的形成和稳定起到了最主要的作用。它们不但是研究电子对结构影响的理想对象，而且是材料中重要的强化相。随着电子化合物的概念由晶体相扩展到准晶及其近似相、以及大块金属玻璃，其稳定的物理机制的研究具有重大的实际意义。早在1920年间，金属间化合物( Intermetallic Compounds)的研究引起了人们的兴趣。当时人们已经知道无机化合物通常的价电子都用来形成稳定的轨道并处于饱和状态，从而具有一定的化学计量比，且一般不具有导电性。由于金属键理论并未建立，金属间化合物以特殊的化学计量比存在而具有导电的特性，引起了人们的研究兴趣2。

包括（1）由缺电子原子与多电子原子化合物形成的配键化合物，如[F3B←NH3]，Al2Cl6，BeCl2链状多聚分子，含离域π键。

（2）由缺电子原子与等电子原子化合形成的缺电子分子，如B2H6，共有12个价电子，按经典结构式需要7个共价键、14个价电子，还缺2个，多形成缺电子多中心键。

（3）由缺电子原子与缺电子原子化合形成的化合物，其键型已逐渐向金属键过渡2。

钙铝石多孔电子化合物的制备电子化合物是一种以电子作为阴离子的特殊离子晶体材料，与传统金属材料不同，电子化合物中的电子并不是随机自由分布的，其分布具有一定的区域性。电子化合物中难以有效控制的电子浓度以及其较低的热稳定性这两大难题一直以来都是限制电子化合物发展的主要因素。

钙铝石是一种新型的两相复合陶瓷材料，其是一种绝缘材料，但可以通过一定的途径转化为一种电子浓度较高并且室温下稳定的理想电子化合物。钙铝石的这种独特的性能来自于其晶体结构中特殊的笼状结构，每个钙铝石单晶均有12个特殊的笼状结构组成，其中，2个O2-(自由氧离子)随机占据了12个笼状结构中的2个。由于自由氧离子在笼状结构中十分不稳定，因此易被拥有合适离子半径的粒子所取代，当取代自由氧离子的粒子为电子时，钙铝石便能转化为一种室温稳定的理想电子化合物。

钙铝石于1936年首次被发现，其后的几年中，其特殊的晶体结构被学者们成功的推导出来。在2003年首次报道了一种室温下稳定的钙铝石电子化合物的制备方法，并且用电子顺磁共振光谱法(EPR)证实了C12A7电子化合物的形式。其后，又有多种钙铝石的电子化合物通过不同的方法被合成出来。

然而，有关具有相互连接的大孔和共连续骨架的导电多孔C12A7的报道还很少。大孔结构所提供的空间允许多种化学反应的充分进行并且可以降低液体流动的阻力。这种内部具有大孔结构的稳定导电材料可以应用于多孔电极、催化剂载体等一系列电化学反应等领域。

然而，由于钙铝石电子化合物中钙元素本身是一种十分活泼的金属元素，因此会对总体的电子浓度及化合物稳定性产生一定的影响，因此制备出一种多孔钙铝石电子化合物的基础上，利用其它更稳定的金属离子取代一定量的钙元素格位，加强钙铝石电子化合物的热稳定性以及其导电性能，并考察了Cd元素掺杂对钙铝石显微结构、晶体变化、电学性能的影响3。