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自上世纪30年代Edward Zintl教授开展极性金属间化合物的研究工作以来,有关极性金属间化合物的研究引起了化学家们极大的兴趣,这主要归因于它们在理论化学和结构化学上的重要学术意义以及在新型半导体、超导、信息存储和热电材料等方面的应用前景。本论文工作着重含In、Sn极性金属间化合物的合成、结构与性能研究。通过绝水绝氧高温固相反应得到了19个新型极性金属间化合物:Eu3Co2In15、KM2In9(M=Ni,Co)、K2Mg5Sn3、K3Mg18Tt11(Tt=Sn,Pb)、Yb5Ni4Sn10、Yb7Ni4Sn13、Yb10Ni4Sn17、Yb3CoSn6、RE5Co6Sn18(RE=Sc,Ho)、Y7Co6Sn23、Yb4Mn2Sn5、RE3MnSn5-x(RE=Tm,Lu)、Sc2Nb4-xSn5、ErNb6Sn5和YNb6Sn6。通过扫描电镜分析及单晶 X-射线衍射确定了这些化合物的晶体结构并对它们的能带结构、化学键、磁性及导电性能进行了研究。
Eu3Co2In15(P4/mbm,No.127)属于新的结构类型,而KM2In9(M=Ni,Co)(P6/mmm,No.191)属于BaFe2Al9类型。这两个化合物都是由基于[MIn9]簇的一维[MIn6]链连接形成的三维结构。在Eu3Co2In15中,两条相邻的[CoIn6]链共顶点连接形成[Co2In11]双链,后者进一步通过其余的In原子相连形成[Co2In15]三维框架结构,沿c轴方向形成两种一维孔道,Eu原子填充在一维孔道当中。在KM2In9中,[MIn6]链通过共顶点直接连接形成三维的[M2In9]框架结构,同时沿c轴方向形成一维孔道,K+离子填充在孔道中。量化计算表明这三个化合物都是金属性的。
K2Mg5Sn3与Ni7-xSbQ2(X≈1.3,Q=Se,Te)系列化合物同构,呈现二维的[Mg5Sn3]层结构,层与层之间由K+离子填充。K3Mg18Tt11(Tt=Sn,Pb)与Ba2Mg12Ge7.33结构类型密切相关,其三维[Mg18Tt11]框架结构是由一维柱状的[Mg18Tt11]通过Mg-Tt键连接形成的,同时沿c轴方向形成一维孔道,K+离子填充在孔道当中。量化计算表明Mg与Sn(Pb)之间有很强的成键作用,而K主要提供价电子充当阳离子的作用,同时这三个化合物都属于金属性的化合物。磁性测试表明这些化合物呈现与温度无关的顺磁性。
Yb5Ni4Sn10,Yb7Ni4Sn13,Yb10Ni4Sn17属于同一系列的化合物。Yb5Ni4Sn10属于Sc5Co4Si10结构类型,Yb7Ni4Sn13与Ca7Ni4Sn13同构,而Yb10Ni4Sn17属于新的结构类型。这三个化合物都是由一维的[Ni4Sn8]链通过各种Sn单元连接形成的三维结构,同时形成各种一维孔道,Yb填充在孔道当中。电导率测试表明这三个化合物均为金属性化合物,磁性测试表明Yb呈现＋2价。Yb3CoSn6是由二维[CoSn3]层通过“之”字型Sn链连接形成的三维结构；RE5Co6Sn18与Y7Co6Sn23是由[CoSn6]三棱柱结构单元通过共顶点以及Sn-Sn键连接形成的三维结构:Yb4Mn2Sn5是由[Mn2Sn2]梯型链通过z字型[Sn3]链连接形成的三维框架结构；RE3MnSn5-x(RE=Tm,Lu)属于Hf3Cr2Si4结构类型,是由[Mn2Sn7]链通过[Sn3]双链连接形成的三维框架结构。Sc2Nb4-xSn5属于V6Si5结构类型,YNb6Sn6属于HfFe6Ge6结构类型,而ErNb6Sn5属于新的结构类型,这三个化合物都是基于Nb-Nb、Nb-Sn与Sn-Sn键的三维结构。