氮化物

高压下的奇特物质

Published: 2026-10-07

固态化学合成和材料科学使用压力、温度两个热力学变量,压力明显较不方便。几乎任何人都能用液氮或液氦把温度设得很低,也能用普通炉子或电弧达到很高温度,因此,通过温控调节反应性,触手可及。然而,要达到化学反应所需压力,需要更大实验努力。不过,某些设备场所可以实现所需的各种压力,采用带式装置、多砧压机和金刚石对顶砧,从 1 MPa,约 10 atm,到超过 300 GPa;1 GPa = $10^3$ MPa,约 10,000 atm。甚至能达到、超过地球内部约 360 GPa、5000 °C 的条件,对固态化学合成影响重大 (Huppertz et al., 2017)\cite{huppertz2017high}。

混合阴离子、复杂阴离子与复杂阳离子

Published: 2026-10-07

回顾第 4.1 节,以及遵守八隅体规则的看似简单体系的结构和成键,NaCl、MgO、Sc$_2$O$_3$、GeO$_2$ 和 GaN 等化合物,对我们几乎不言自明。即使包括 TiO$_2$、MnO 和 FeN 等过渡金属处于“无关紧要”氧化态的物种,其 $d$ 壳层为空或半满,也如此。如果能制备 NaCl 和 KCl,当然也能制备所谓的固溶体 Na$_{1-x}$K$_x$Cl,是的,这可以做到。同样,MgO 和 CaO 的存在,强烈提示 Mg$_{1-x}$Ca$_x$O 也存在,这是另一个简单例子;知道 MnO 和 FeO 之后,也应尝试制备 Mn$_{1-x}$Fe$_x$O。通过用一种金属取代另一种金属,有时被错误地称为掺杂,来进行这种相当常规、甚至略显乏味的固态化学研究,人们经常这样做,因为很简单,也能稍微改变物理和化学性质。原因很简单:涉及的是提供电子的阳离子金属原子,而价带区域的占据能级几乎没有改变,因为它们仍由阴离子承载,在上述例子中,就是氯化物、氧化物或氮化物阴离子。可以这么说,无论 Na 还是 K 提供一个电子进入费米能以下的占据能级,对氯的能级影响都不大。