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一种不稳定氢化物策略用于合成高度氮化的 BaTiO3。

A labile hydride strategy for the synthesis of heavily nitridized BaTiO3.

机构信息

Department of Energy and Hydrocarbon Chemistry, Graduate School of Engineering, Kyoto University, Nishikyo-ku, Kyoto 615-8510, Japan.

Institute for Solid State Physics, The University of Tokyo, Kashiwa, Chiba 277-8581, Japan.

出版信息

Nat Chem. 2015 Dec;7(12):1017-23. doi: 10.1038/nchem.2370. Epub 2015 Oct 19.

DOI:10.1038/nchem.2370
PMID:26587718
Abstract

Oxynitrides have been explored extensively in the past decade because of their interesting properties, such as visible-light absorption, photocatalytic activity and high dielectric permittivity. Their synthesis typically requires high-temperature NH3 treatment (800-1,300 °C) of precursors, such as oxides, but the highly reducing conditions and the low mobility of N(3-) species in the lattice place significant constraints on the composition and structure-and hence the properties-of the resulting oxynitrides. Here we show a topochemical route that enables the preparation of an oxynitride at low temperatures (<500 °C), using a perovskite oxyhydride as a host. The lability of H(-) in BaTiO3-xHx (x ≤ 0.6) allows H(-)/N(3-) exchange to occur, and yields a room-temperature ferroelectric BaTiO3-xN2x/3. This anion exchange is accompanied by a metal-to-insulator crossover via mixed O-H-N intermediates. These findings suggest that this 'labile hydride' strategy can be used to explore various oxynitrides, and perhaps other mixed anionic compounds.

摘要

在过去的十年中,由于其有趣的性质,如可见光吸收、光催化活性和高介电常数,氧氮化物得到了广泛的研究。它们的合成通常需要高温 NH3 处理(800-1300°C)前驱体,如氧化物,但高度还原的条件和晶格中 N(3-) 物种的低迁移率对最终氧氮化物的组成和结构,因此也对其性质施加了重大限制。在这里,我们展示了一种拓扑化学途径,可以使用钙钛矿氧氢化物作为主体,在低温(<500°C)下制备氧氮化物。BaTiO3-xHx(x≤0.6)中 H(-)的不稳定性允许 H(-)/N(3-)交换发生,并得到室温铁电 BaTiO3-xN2x/3。这种阴离子交换伴随着通过混合 O-H-N 中间体的金属-绝缘体转变。这些发现表明,这种“不稳定氢化物”策略可用于探索各种氧氮化物,也许还有其他混合阴离子化合物。

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