尖晶石（MgAl?O?）型結(jié)構(gòu)。該晶體結(jié)構(gòu)中，氧離子按立方緊密堆積排列，二價(jià)陽離子充填于八分之一的四面體空隙中，三價(jià)陽離子充填于二分之一的八面體空隙中。通式AB?O?型，是離子晶體中的一個(gè)大類。立方晶系。A為二價(jià)陽離子，如Mg2?，F(xiàn)e2?，Co2?，Ni2?，Mn2?，Zn2?，Cd2?等；B為三價(jià)陽離子，如Al3?，F(xiàn)e3?，Co3?，Cr3?，Ga3?等。結(jié)構(gòu)中O2?離子作立方緊密堆積，其中A離子填充在四面體空隙中，B離子在八面體空隙中，即A2?離子為4配位，而B3?為6配位。
晶體結(jié)構(gòu)
以 鎂鋁尖晶石MgAl2O4為典型代表：
尖晶石晶胞可以劃分成8個(gè)小的立方單位，分別由4個(gè)A型和4個(gè)B型小單位拼在一起。
每個(gè)A型、B型小單位都有4個(gè)O 離子，晶胞中O 的個(gè)數(shù)是8*4=32個(gè)。
Mg 處于A型小單位的中心及一半的頂點(diǎn)及B型小單位一半的頂點(diǎn)上，
晶胞中Mg 的數(shù)目是4*(1+4/8)+4*4/8個(gè)。Mg 呈四配位，即占據(jù)O2-密堆積中的四面體空隙。
每個(gè)B型小單位中有4個(gè)Al ，晶胞中Al 的個(gè)數(shù)是4*4=16個(gè)。
常見的還有FeAlO等，此外，還有B為4價(jià)陽離子的系列，如MgTiO和MnTiO等許多復(fù)合氧化物。一系列硫化物如FeCrS，CoS等也都被稱作具有尖晶石型結(jié)構(gòu)化合物。
尖晶石型化合物結(jié)構(gòu)較穩(wěn)定，有的可用作高溫耐火材料，有的可用作電子陶瓷材料
在焊接過程中，多會生成尖晶石型結(jié)構(gòu)的化合物，這種結(jié)構(gòu)的化合物與熔渣結(jié)合，會影響焊條的脫渣性。
成分
、氰[qíng]化合物
有BeLi?F、MoNa?F?、ZnK(CN)?、CdK(CN)?、MgK?(CN)?等。
氧化物
TiMg?O?、VMg?O?、MgV?O?、ZnV?O?等。
硫化物
MnCr?S?、CoCr?S?、FeCr?S?、CoCr?S?等。
研究進(jìn)展
南開大學(xué)化學(xué)學(xué)院教授陳軍帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)在尖晶石型氧化物的溫和可控制備及電催化性能研究方面取得新進(jìn)展，相關(guān)研究成果發(fā)表于Nature Communications，論文作者李淳、韓曉鵬、程方益、胡宇翔、陳程成、陳軍，其中陳軍、程方益為共同通訊作者。
尖晶石型化合物是一類重要功能材料，在電、磁、催化、能量存儲與轉(zhuǎn)化等領(lǐng)域具有廣泛用途。這類化合物通常采用傳統(tǒng)的固相燒結(jié)法制備，一般需要較高的加熱溫度和較長的反應(yīng)時(shí)間克服擴(kuò)散阻力和反應(yīng)能壘，耗能耗時(shí)，并且產(chǎn)物粒徑大、比表面積小、電化學(xué)活性低。特別是對于含有多種可變價(jià)態(tài)過渡金屬的尖晶石復(fù)合氧化物，其元素組成和晶體構(gòu)型相互制約，難以同時(shí)調(diào)控。發(fā)展溫和的制備方法調(diào)控尖晶石型功能材料的組成、結(jié)構(gòu)和形貌，揭示其構(gòu)效關(guān)系進(jìn)而提升其性能，是富有意義而且頗具挑戰(zhàn)的課題。
陳軍團(tuán)隊(duì)提出一種“氧化沉淀—嵌入晶化”兩步溶液化學(xué)法，在常壓和較低溫度下成功合成了系列尖晶石復(fù)合氧化物超細(xì)納米材料。他們通過調(diào)節(jié)反應(yīng)物的加入順序控制中間體的價(jià)態(tài)和結(jié)構(gòu)對稱性，在寬范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)了功能材料組成和晶型同步調(diào)控，進(jìn)一步揭示了鈷錳尖晶石對氧還原、氧析出電催化反應(yīng)的構(gòu)效關(guān)系，發(fā)現(xiàn)立方相和高錳含量有利于提升本征催化活性。采用這種溫和制備方法，他們還獲得了大表面積、高分散度的導(dǎo)電炭黑負(fù)載尖晶石復(fù)合納米材料，其氧還原/氧析出雙功能催化性能與貴金屬鉑相當(dāng)，可作為高效陰極催化劑構(gòu)筑可充鋅空氣和鋰空氣電池。
這一研究成果于2015年6月4日發(fā)表在Nature Communications，陳軍課題組曾于2011年在Nature 化學(xué)(2011, 3, 79)上發(fā)表M3-xMnxO4(M為Zn、Mg、Co)系列錳系尖晶石氧化物的“還原-轉(zhuǎn)晶”制備新方法及電催化應(yīng)用，此次是該課題組對尖晶石型功能材料研究的又一重要成果。
參考資料 >