二硼化铼

化合物

二硼化铼(ReB2)是一种合成超硬材料。它首次于1962年合成,[2]因有望达到与金刚石相若的硬度而再次受到重视。[3]报告所声称的超高硬度受到怀疑,[4]尽管这是一个定义问题,因为在最初的测试中二硼化铼能够刻劃金刚石。[3]

二硼化铼
IUPAC名
Rhenium diboride
识别
CAS号 12355-99-6  checkY
PubChem 57418167
SMILES
 
  • B#[Re]#B
InChI
 
  • InChI=1S/2B.Re
InChIKey OLXPHXSOQYDZNT-UHFFFAOYSA-N
性质
化学式 ReB2
摩尔质量 207.83 g/mol g·mol⁻¹
外观 黑色粉末
密度 12.7 g/cm3
熔点 2400 °C(2673 K)
溶解性 none
结构
晶体结构 六方, 空间群P63/mmc.
危险性
GHS危险性符号
《全球化学品统一分类和标签制度》(简称“GHS”)中有害物质的标签图案[1]
GHS提示词 Warning[1]
H-术语 H315, H319, H335[1]
P-术语 P261, P280, P305+351+338, P304+340, P405, P501[1]
若非注明,所有数据均出自标准状态(25 ℃,100 kPa)下。

该化合物由耐高压的的混合物形成,其中硼与铼形成短而坚固的共价键

二硼化铼的生产方式与其他合成超硬材料(如立方氮化硼)不同,不涉及高压处理,因此生产成本比较低。然而,铼本身是一种稀缺且昂贵的金属

合成

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二硼化铼,ReB2

在标准大气压下,ReB2可以通过至少三种不同的方法合成:固态复分解电弧熔化和直接加热元素。[3]

使用复分解反应时,三氯化铼二硼化镁在惰性环境中混合加热,然后洗去副产物氯化镁。防止其他相合成(如Re7B3和Re3B)需要过量的硼。

使用电弧熔化法时,铼和硼粉在惰性环境中混合,并将强电流通过混合物。

使用直接反应法时,铼硼混合物在真空中密封,在高温下放置较长的时间(1000 °C,连续五天)。

根据X射线晶体学,最后两种方法可以直接生产ReB2,不会合成其他相。

性质

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ReB2的硬度具有相当大的各向异性,因为它有六边形层状结构(见结构模型),其中c轴的各向异性最大。与莫氏硬度不同,ReB2压入硬度((HV ~ 22 GPa)[4]远低于金刚石,与碳化钨碳化硅二硼化钛二硼化锆相若。[4]

ReB2非常坚硬有两个原因:高密度的价电子和大量的短共价键[3][5]铼是价电子密度最高的过渡金属之一(476电子/nm3为572电子/nm3,而金刚石为705电子/nm3)。[6]添加硼只需要让铼晶格扩大5%,因为较小的硼原子会填满铼原子之间的空间。此外,铼和硼的电负性很接近(鲍林标度:1.9和2.04),所以它们形成共价键,其中电子几乎平均共享。

参见

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参考文献

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  1. ^ 1.0 1.1 1.2 1.3 Rhenium Diboride. American Elements. [2018-08-02]. (原始内容存档于2022-01-01). 
  2. ^ La Placa, S. J.; Post, B. The crystal structure of rhenium diboride. Acta Crystallographica. 1962, 15 (2): 97. doi:10.1107/S0365110X62000298. 
  3. ^ 3.0 3.1 3.2 3.3 Chung, Hsiu-Ying; et al. Synthesis of Ultra-Incompressible Superhard Rhenium Diboride at Ambient Pressure. Science. April 20, 2007, 316 (5823): 436–9 [2022-01-01]. Bibcode:2007Sci...316..436C. PMID 17446399. doi:10.1126/science.1139322. (原始内容存档于2007-10-01). 
  4. ^ 4.0 4.1 4.2 Qin, Jiaqian; He, Duanwei; Wang, Jianghua; Fang, Leiming; Lei, Li; Li, Yongjun; Hu, Juan; Kou, Zili; Bi, Yan. Is Rhenium Diboride a Superhard Material?. Advanced Materials. 2008, 20 (24): 4780. doi:10.1002/adma.200801471. 
  5. ^ W. Zhou; H. Wu; T. Yildirim. Electronic, dynamical, and thermal properties of ultra-incompressible superhard rhenium diboride: A combined first-principles and neutron scattering study. Phys. Rev. B. 2007, 76 (18): 184113–184119. Bibcode:2007PhRvB..76r4113Z. arXiv:0708.3694 . doi:10.1103/PhysRevB.76.184113. 
  6. ^ Cumberland, Robert W.; et al. Osmium Diboride, An Ultra-Incompressible, Hard Material. Journal of the American Chemical Society. April 27, 2005, 127 (20): 7264–5 [2022-01-01]. PMID 15898746. doi:10.1021/ja043806y. (原始内容存档于2008-09-07).