оксиселенид
Оксиселениды представляют собой группу химических соединений , содержащих атомы кислорода и селена (рис. 1). Оксиселениды могут образовывать широкий спектр структур в соединениях, содержащих различные переходные металлы , и, таким образом, могут проявлять широкий спектр свойств. Самое главное, что оксиселениды обладают широким диапазоном теплопроводности , которой можно управлять с помощью изменения температуры, чтобы регулировать их термоэлектрические характеристики . Текущие исследования оксиселенидов указывают на их потенциал для значительного применения в электронных материалах. [ 1 ]
Синтез
[ редактировать ]Первым оксиселенидом, который был кристаллизован в 1900 году, был оксиселенид марганца. [ 2 ] В 1910 году были созданы оксиселениды, содержащие фосфат путем обработки P 2 Se 5 гидроксидами металлов . [ 3 ] Затем оксиселенид урана был получен обработкой H 2 Se диоксидами урана при 1000 °C. [ 4 ] Этот метод также использовался при синтезе оксиселенидов редкоземельных элементов в середине 1900-х годов. [ 5 ] Синтез оксиселенидных соединений в настоящее время включает обработку оксидов порошком алюминия и селена при высоких температурах. [ 6 ]
Недавние открытия оксиарсенидов железа и их сверхпроводимости подчеркнули важность смешанных анионных систем. [ 7 ] Смешанные оксихалькогениды меди возникли, когда были приняты во внимание электронные свойства как халькогенидов, так и оксидов. Химики начали заниматься синтезом соединения с металлическими свойствами и свойствами волны зарядовой плотности , а также высокотемпературной сверхпроводимостью. При синтезе оксиселенида меди Na 1,9 Cu 2 Se 2 ·Cu 2 O путем взаимодействия Na 2 Se 3,6 с Cu 2 O , [ 8 ] они пришли к выводу, что новый тип оксихалькогенидов можно синтезировать путем взаимодействия оксидов металлов с флюсами полихалькогенидов.
Производные
[ редактировать ]
новые оксиселениды формулы Sr 2 AO 2 M 2 Se 2 Синтезированы (A=Co, Mn; M=Cu, Ag). Они кристаллизуются в структуры, состоящие из чередующихся слоев перовскита (оксида металла) и антифлюорита (селенида металла) (рис. 2). Оптическая запрещенная зона каждого оксиселенида очень узкая, что указывает на полупроводимость . [ 9 ]
Другим производным, проявляющим оксиселенидные свойства, является β-La 2 O 2 MSe 2 (M= Fe, Mn). Эта молекула обладает ромбической структурой (рис. 3), что открывает возможности для различных вариантов упаковки оксиселенидов. Они ферромагнитны при низких температурах (~ 27 К) и обладают высоким удельным сопротивлением при комнатной температуре. Аналог Mn, разбавленный раствором NaCl , имеет ширину запрещенной зоны 1,6 эВ при комнатной температуре, что делает его изолятором . Между тем, ширина запрещенной зоны аналога Fe составляет примерно 0,7 эВ в диапазоне от 150 до 300 К, что делает его полупроводником . [ 7 ] Напротив, оксиселенид кобальта La 2 Co 2 O 3 Se 2 является антиферромагнитно упорядоченным, что позволяет предположить, что, хотя различные переходные металлы ответственны за изменения магнитных свойств оксиселенида, общая структура решетки молекулы также может влиять на ее проводимость. [ 10 ]
На магнитные и проводящие свойства соединений различных металлов, координированных с оксиселенидом, влияет не только используемый переходный металл, но и условия синтеза. Например, процентное содержание алюминия, использованного при синтезе Ce 2 O 2 ZnSe 2 в качестве восстановителя кислорода, влияло на ширину запрещенной зоны, на что указывает изменение цвета продукта. [ 6 ] Различные структуры допускают множество потенциальных конфигураций. Например, как наблюдалось ранее в La 2 Co 2 O 3 Se 2 , Sr 2 F 2 Mn 2 Se 2 O демонстрирует нарушенную магнитную корреляцию в структуре, что приводит к образованию антиферромагнитной решетки. [ 11 ]
В 2010 году сообщалось о поликристаллических оксиселенидах BiCuSeO p-типа как о возможных термоэлектрических материалах. [ 12 ] Слабые связи между [Cu 2 Se 2 ] −2 проводящий и [Bi 2 O 2 ] +2 изоляционный слой, а также ангармоническая структура кристаллической решетки могут объяснять низкую теплопроводность вещества и высокие термоэлектрические характеристики. Недавно значение ZT BiCuSeO, безразмерный показатель качества, указывающий термоэлектрические характеристики, было увеличено с 0,5 до 1,4. Эксперимент показал, что легирование кальцием может улучшить электропроводность, тем самым увеличивая значение ZT. [ 1 ] Дополнительно замена 15% Bi 3+ ионы с ионами металлов 2-й группы, Ca 2+ , сэр 2+ , или Ба 2+ (рис. 4), также оптимизирует концентрацию носителей заряда. [ 12 ]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б Пей, Ян-Линг; Он, Цзяцин; Ли, Цзин-Фэн; Ли, Фу; Лю, Цицзюнь; Пан, Вэй; Баррето, Селин; Берардан, Дэвид; Драго, Нита; Чжао, Ли-Донг (2013). «Высокие термоэлектрические характеристики оксиселенидов: изначально низкая теплопроводность BiCuSeO, легированного кальцием» . Материалы НПГ Азия . 5 (5): е47. дои : 10.1038/15.01.2013 . ISSN 1884-4057 .
- ^ Фонзес-Диакон, Х. (1990). «Синтезированный селенид и оксиселенид марганца». Competes Rendus Hebdomadaires des Séances de l’Académie des Sciences 130: 1025: 1025–6.
- ^ Эфраим Ф. и Э. Майлер. (1910). «Селенофосфаты». Отчеты Немецкого химического общества 43: 277–285.
- ^ Ходадад, П. (1957) «Оксиселенид урана. UOSe». Компет. Ренд. 245: 226: 2286–8.
- ^ Гиттард М., Флао Дж. и Доманж Л. «Оксиселенид иттрия и всех редких земель». Акта Кристаллографика 21 (5).
- ^ Jump up to: а б Эйнсворт, Крис М.; Ван, Чун-Хай; Такер, Мэтью Г.; Эванс, Джон СО (2015). «Синтез, структурная характеристика и физические свойства нового оксиселенида переходного металла Ce 2 O 2 ZnSe 2 » (PDF) . Неорганическая химия . 54 (4): 1563–1571. дои : 10.1021/ic502551n . ISSN 0020-1669 . ПМИД 25584771 .
- ^ Jump up to: а б Маккейб, Эмма Э.; Свободен, Дэвид Г.; Мендис, Будика Г.; Хиггинс, Джошуа С.; Эванс, Джон СО (2010). «Получение, характеристика и структурные фазовые переходы в новом семействе полупроводниковых оксихалькогенидов переходных металлов β-La 2 O 2 MSe 2 (M = Mn, Fe)». Химия материалов . 22 (22): 6171–6182. дои : 10.1021/см1023103 . ISSN 0897-4756 .
- ^ Пак, Юнбон; ДеГрут, Дон К.; Шиндлер, Джон Л.; Канневурф, Карл Р.; Канацидис, Меркури Г. (1993). «Сросток двух разных слоистых сеток в металлическом оксиселениде меди Na 1,9 Cu 2 Se 2 ⋅ Cu 2 O». Химия материалов . 5 (1): 8–10. дои : 10.1021/cm00025a004 . ISSN 0897-4756 .
- ^ Цзинь, Шифэн; Чен, Сяолун; Го, Цзянган; Лей, Мин; Линь, Цзинцзин; Си, Цзяньго; Ван, Вэньцзюнь; Ван, Ваньян (2012). «Оксиселениды типа Sr2Mn3Sb2O2: структура, магнетизм и электронные свойства Sr2AO2M2Se2 (A = Co, Mn; M = Cu, Ag)». Неорганическая химия . 51 (19): 10185–10192. дои : 10.1021/ic301022g . ISSN 0020-1669 . ПМИД 22967274 .
- ^ Фува, Яёи; Эндо, Такаши; Вакэсима, Макото; Хинацу, Юкио; Охяма, Кенджи (2010). в La2Co2O3Se2 квазидвумерном « » Ортогональное расположение спинов . Журнал Американского химического общества . 132 (51): 18020–18022. дои : 10.1021/ja109007g . ISSN 0002-7863 . ПМИД 21126073 .
- ^ Лю, Ю.; Чжан, С.Б.; Ли, Эл-Джей; Лу, WJ; Чжао, Британская Колумбия; Тонг, П.; Песня, WH; Лин, С.; Хуанг, ЮН; Хуанг, Чж.; Тан, СГ; Сан, Ю.П. (2013). «Синтез, строение и свойства нового слоистого оксиселенида марганца Sr 2 F 2 Mn 2 Se 2 O». Журнал сплавов и соединений . 580 : 211–216. дои : 10.1016/j.jallcom.2013.05.048 . ISSN 0925-8388 .
- ^ Jump up to: а б Чжао, Ли-Донг; Он, Цзяцин; Берардан, Дэвид; и др. (2014). «Оксиселениды BiCuSeO: новые перспективные термоэлектрические материалы». Энергетика и экология . 7 (9): 2900. doi : 10.1039/C4EE00997E . ISSN 1754-5692 .