Ca24Al28O64^4＋：4e^-电子化合物的制备及其电输运特性

摘要

金属氧化物电子化合物[Ca_(24)Al_(28)O_(64)]^(4+):4e^-(C12A7:e^-)因其天然的纳米尺度笼腔结构带来的新奇物理化学特性而在阴极电子源材料、超导和电化学反应等领域有着独特的应用价值.本文系统研究了以CaCO_3和Al_2O_3粉末为原料,采用固相反应-放电等离子烧结-活性金属Ti还原相结合的方法制备C12A7:e^-的工艺条件及其电输运特性.实验结果表明:在封装石英管真空度为10^(-5)Pa,还原温度为1100?C,还原时间为10—30 h条件下,成功制得载流子浓度为约10^(18)—10^(20)cm^(-3)的C12A7:e^-块体材料.第一性原理计算得到的C12A7:e^-能带结构和态密度表明,笼腔内的O^(2-)完全被e-取代后,C12A7:e^-费米能级明显穿过笼腔导带,说明位于笼腔内自由运动的电子使C12A7从绝缘体转变成导体,同时费米面附近的笼腔电子易于从笼腔导带跃迁至框架导带,在电场或热场的作用下电子更容易逸出,这也是C12A7:e^-逸出功低的主要原因.