大学化学 >> 2023, Vol. 38 >> Issue (11): 95-105.doi: 10.3866/PKU.DXHX202302053
收稿日期:2023-02-21
录用日期:2023-04-07
发布日期:2023-05-18
通讯作者:
赵小军,刘志宏
E-mail:xjzhao@xauat.edu.cn;liuzh@snnu.edu.cn
基金资助:
Xiaojun Zhao1,2,*(
), Shengli Gao2, Zhihong Liu2,*(
)
Received:2023-02-21
Accepted:2023-04-07
Published:2023-05-18
Contact:
Xiaojun Zhao, Zhihong Liu
E-mail:xjzhao@xauat.edu.cn;liuzh@snnu.edu.cn
摘要:
金属原子与硼原子间电荷转移量决定了金属硼化物中化学键的成键方式、成键强弱和功能特性。金属硼化物的制备、晶体结构和应用一直是化学和材料领域的研究热点。基于金属硼化物广泛的应用前景以及其在国内外多数基础无机化学教材中的介绍非常有限,本文结合史实文献和最新研究成果,重点介绍了碱金属/碱土金属硼化物、过渡金属硼化物和稀土金属硼化物的结构、性质、制备和应用研究进展。拓展了金属硼化物在教学中的深入介绍,有助于提升学生的知识视野,体现科学研究对本科教学内容改革的推进作用。
赵小军, 高胜利, 刘志宏. 金属硼化物的制备、性质与应用研究进展[J]. 大学化学, 2023, 38(11): 95-105.
Xiaojun Zhao, Shengli Gao, Zhihong Liu. Progress in Preparation, Properties and Applications of Metal Borides[J]. University Chemistry, 2023, 38(11): 95-105.
表1
M2B、MB、MB2、MB4、MB6和MB12的晶体结构图"
| 化学式 | 晶体结构 | 晶系 | 硼结构 | 化合物种类 |
| M2B | ![]() | Tetragonal | 单硼原子、硼原子对 | M是3d中部至后部(从Mn到Ni)低氧化态金属中的某一个 |
![]() | Orthorhombic | |||
| MB | ![]() | Tetragonal Orthorhombic | 链式、双链式 | MB (M = Ni、Co、Fe、Mo、Mn、Ti等) |
| MB2 | ![]() | Hexagonal | 二维硼网 | 包括Mg、Al、前d区金属(例如从Sc到Mn的第四周期元素)和U、Ti2B5和W2B5 |
| MB4 | ![]() | Tetragonal | 三维硼网 | 钙、钇、镧系和锕系金属的四硼化物 |
| MB6 | ![]() | Cubic (CsCl型) | 三维硼网 | 碱金属、碱土金属、镧系和锕系金属的六硼化物 |
| MB12 | ![]() | Cubic (NaCl型) | 三维硼网 | (MB12 = Sc、Zr、Hf、Y、Lu) |
| 1 |
Akopov G. ; Yeung M. T. ; Kaner R. B. Adv. Mater. 2017, 29 (21), 1604506.
doi: 10.1002/adma.201604506 |
| 2 | Albert, B.; Hofmann, K. 10 Metal Borides: Versatile Structures and Properties. In Handbook of Solid State Chemistry; Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA: Weinheim, Germany, pp. 435-453. |
| 3 | Pu C.-Y. ; Yu R.-M. ; Wang T. ; Xüe Z.-Y. ; Zhu Y.-S. ; Zhou D.-W. Chinese Phys. B 2021, 30 (1), 537. |
| 4 |
Hermann A. ; McSorley A. ; Ashcroft N. W. ; Hoffmann R. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134 (45), 18606.
doi: 10.1021/ja308492g |
| 5 | 顾学民; 龚毅生; 臧希文; 汤卡罗; 吕云阳; 曾文臻. 无机化学丛书, 第2卷 北京: 科学出版社, 1990, 251- 282. |
| 6 |
Chen H. ; Zou X. Inorg. Chem. Frontiers 2020, 7 (11), 2248.
doi: 10.1039/D0QI00146E |
| 7 |
Kiessling R. ; Samuelson O. ; Lindstedt G. ; Kinell P.-O. Acta Chem. Scand. 1950, 4, 146.
doi: 10.3891/acta.chem.scand.04-0146 |
| 8 |
Gvozdetskyi V. ; Hanrahan M. P. ; Ribeiro R. A. ; Kim T. H. ; Zhou L. ; Rossini A. J. ; Canfield P. C. ; Zaikina J. V. Chem-Eur. J. 2019, 25 (16), 4123.
doi: 10.1002/chem.201805398 |
| 9 |
Pu Z. L. ; Zhang T. ; Liu G. ; Gauthier X. ; Chen M. A. ; Sun S. Small Methods 2021, 5 (10), e2100699.
doi: 10.1002/smtd.202100699 |
| 10 |
Kapfenberger C. ; Hofmann K. ; Albert B. Solid State Sci. 2003, 5 (6), 925.
doi: 10.1016/S1293-2558(03)00117-1 |
| 11 |
He X. ; Dong X. ; Wu Q. ; Zhao Z. ; Zhu Q. ; Oganov A. R. ; Tian Y. ; Yu D. ; Zhou X. ; Wang H. Phys. Rev. B 2018, 97 (10), 100102.
doi: 10.1103/PhysRevB.97.100102 |
| 12 |
Albert B. ; Hillebrecht H. Angew. Chem. Int. Ed. 2009, 48 (46), 8640.
doi: 10.1002/anie.200903246 |
| 13 |
Wang D. ; Zhou H. ; Hu C. ; Zhong Y. ; Oganov A. R. ; Rao G. Phys. Chem. Chem. Phys. 2017, 19 (12), 8471.
doi: 10.1039/C6CP08900C |
| 14 | Wörle D. ; Nesper R. Angew. Chem. Int. Ed. 2000, 39 (13), 2439. |
| 15 |
Ren K. ; Yan Y. ; Zhang Z. ; Sun M. ; Schwingenschlögl U. Appl. Surface Sci. 2022, 604, 154317.
doi: 10.1016/j.apsusc.2022.154317 |
| 16 |
Dudenkov I. V. ; Solntsev K. A. Russian J. Inorg. Chem. 2009, 54 (7), 1105.
doi: 10.1134/S0036023609070195 |
| 17 |
Naslain R. ; Kasper J. S. J. Solid State Chem. 1970, 1 (2), 150.
doi: 10.1016/0022-4596(70)90006-X |
| 18 |
Albert B. Angew. Chem. Inter. Ed. 1998, 37 (8), 1117.
doi: 10.1002/(SICI)1521-3773(19980504)37:8<1117::AID-ANIE1117>3.0.CO;2-X |
| 19 |
Chang J. ; Zhang T. ; Ge N. J. Solid State Chem. 2021, 296, 121962.
doi: 10.1016/j.jssc.2021.121962 |
| 20 |
Morito H. ; Shibano S. ; Yamada T. ; Ikeda T. ; Terauchi M. ; Belosludov R. V. ; Yamane H. Solid State Sci. 2020, 102, 106166.
doi: 10.1016/j.solidstatesciences.2020.106166 |
| 21 |
Etourneau J. ; Ammar A. ; Villesuzanne A. ; Villeneuve G. ; Chevalier B. ; Whangbo M. H. Inorg. Chem. 2003, 42 (14), 4242.
doi: 10.1021/ic034018x |
| 22 |
Nagamatsu J. ; Nakagawa N. ; Muranaka T. ; Zenitani Y. ; Akimitsu J. Nature 2001, 410 (6824), 63.
doi: 10.1038/35065039 |
| 23 |
Liu H. ; Zhang L. ; Zhao G. ; Feng G. ; Min G. Ceram. Int. 2015, 41 (6), 7745.
doi: 10.1016/j.ceramint.2015.02.106 |
| 24 |
Dorneles L. S. ; Venkatesan M. ; Moliner M. ; Lunney J. G. ; Coey J. M. D. Appl. Phys. Lett. 2004, 85 (26), 6377.
doi: 10.1063/1.1840113 |
| 25 |
Chen X. ; Zhang Y. ; Qu J. ; Qu X. ; Zhang B. ; Zhao Z. ; Zhao Y. ; Wang D. ; Yin H. Sep. Purif. Technol. 2022, 285, 120391.
doi: 10.1016/j.seppur.2021.120391 |
| 26 |
Tynell T. ; Aizawa T. ; Ohkubo I. ; Nakamura K. ; Mori T. J. Cryst. Growth 2016, 449, 10.
doi: 10.1016/j.jcrysgro.2016.05.030 |
| 27 | 刘浩然. 高载流性能二硼化镁超导材料的制备及其钉扎机理的研究[博士学位论文]. 西安: 西北工业大学, 2018. |
| 28 |
Li C. ; Long X. ; Zhang Q. ; Li T. ; Wu J. ; Yao Y. Nanoscale 2019, 11 (24), 11457.
doi: 10.1039/C9NR03915E |
| 29 | 钟伟东; 梁导伦; 沈德魁. 推进技术,, 2022, 43 (4), 1. |
| 30 |
Young D. P. ; Hall D. ; Torelli M. E. ; Fisk Z. ; Sarrao J. L. ; Thompson J. D. ; Ott H. R. ; Oseroff S. B. ; Goodrich R. G. ; Zysler R. Nature 1999, 397 (6718), 412.
doi: 10.1038/17081 |
| 31 |
Li L.-H. ; Chen L. ; Li J.-Q. ; Wu L.-M. J. Phys. Chem. C 2009, 113 (34), 15384.
doi: 10.1021/jp901965y |
| 32 |
Kanakala R. ; Chitrada K. ; Raja K. S. Mater. Lett. 2016, 170, 118.
doi: 10.1016/j.matlet.2016.02.007 |
| 33 |
Yin H. ; Tang D. ; Mao X. ; Xiao W. ; Wang D. J. Mater. Chem. A 2015, 3 (29), 15184.
doi: 10.1039/C5TA03728J |
| 34 |
Chen X. L. ; Tu Q. Y. ; He M. ; Dai L. ; Wu L. J. Phys-Condens. Mat. 2001, 13 (29), L723.
doi: 10.1088/0953-8984/13/29/105 |
| 35 |
Chung H.-Y. ; Weinberger M. B. ; Levine J. B. ; Kavner A. ; Yang J.-M. ; Tolbert S. H. ; Kaner R. B. Science 2007, 316 (5823), 436.
doi: 10.1126/science.1139322 |
| 36 |
Li Q. ; Zhou D. ; Zheng W. ; Ma Y. ; Chen C. Phys. Rev. Lett. 2013, 110 (13), 136403.
doi: 10.1103/PhysRevLett.110.136403 |
| 37 |
Jiang C. ; Pei Z. ; Liu Y. ; Xiao J. ; Gong J. ; Sun C. Phys. Status Solidia 2013, 210 (6), 1221.
doi: 10.1002/pssa.201228828 |
| 38 |
Malinovskis P. ; Palisaitis J. ; Persson P.O.Å. ; Lewin E. ; Jansson U. J. Vacuum Sci. Technol. A 2016, 34 (3), 031511.
doi: 10.1116/1.4948234 |
| 39 |
Mayrhofer P. H. ; Mitterer C. ; Wen J. G. ; Greene J. E. ; Petrov I. Appl. Phys. Lett. 2005, 86 (13), 131909.
doi: 10.1063/1.1887824 |
| 40 |
Labov S. ; Bowyer S. ; Steele G. Appl. Opt. 1985, 24 (4), 576.
doi: 10.1364/AO.24.000576 |
| 41 |
Vrubel H. ; Hu X. Angew. Chem. Int. Ed. 2012, 51 (51), 12703.
doi: 10.1002/anie.201207111 |
| 42 |
Carenco S. ; Portehault D. ; Boissière C. ; Mézailles N. ; Sanchez C. Chem. Rev. 2013, 113 (10), 7981.
doi: 10.1021/cr400020d |
| 43 | 金智康; 韦童; 许超; 贾洪柏; 宋俊杰; 祝宏亮; 杜向博文; 彭正鑫; 王刚; 刘军; 等. 无机化学学报,, 2022, 38 (12), 2392. |
| 44 |
Osaka T. ; Ishibashi H. ; Endo T. ; Yoshida T. Electrochim. Acta 1981, 26 (3), 339.
doi: 10.1016/0013-4686(81)85020-7 |
| 45 |
Bai Y. ; Wu Y. ; Zhou X. ; Ye Y. ; Nie K. ; Wang J. ; Xie M. ; Zhang Z. ; Liu Z. ; Cheng T. ; et al Nat. Commun. 2022, 13 (1), 6094.
doi: 10.1038/s41467-022-33846-0 |
| 46 |
Lourie O. R. ; Jones C. R. ; Bartlett B. M. ; Gibbons P. C. ; Ruoff R. S. ; Buhro W. E. Chem. Mater. 2000, 12 (7), 1808.
doi: 10.1021/cm000157q |
| 47 | 成会明, 范月英, 魏永良, 苏革, 张伟刚, 刘敏, 沈祖洪. 一种纳米氮化硼管的制备方法: CN1238304[P]. 1998-05-14. |
| 48 | Steven, A. High Energy Density Boride Batteries: EP1135818A4[P]. U. S. Patent. 1999-09-07. |
| 49 | 王雅东; 艾新平; 杨汉西. 电化学,, 2005, 00000 (1), 16. |
| 50 |
Zhang J. ; Liu Y. ; Li X. ; Zeng Z. ; Cheng X. ; Wang Y. ; Tu W. ; Pan M. J. Power Sources 2019, 419, 6.
doi: 10.1016/j.jpowsour.2019.02.053 |
| 51 |
Wang Y. D. ; Ai X. P. ; Cao Y. L. ; Yang H. X. Electrochem. Commun. 2004, 6 (8), 780.
doi: 10.1016/j.elecom.2004.06.002 |
| 52 |
Zhou W. C. ; Yang H. X. ; Shao S. Y. ; Ai X. P. ; Cao Y. L. Electrochem. Commun. 2006, 8 (1), 55.
doi: 10.1016/j.elecom.2005.10.016 |
| 53 |
Chen Y. ; Zhou T. ; Li L. ; Pang W. K. ; He X. ; Liu Y.-N. ; Guo Z. ACS Nano 2019, 13 (8), 9376.
doi: 10.1021/acsnano.9b04005 |
| 54 |
Chai S. ; Zhang L. ; Zhang W. ; Bao X. ; Guo Y. ; Han X. ; Ma X. Appl. Clay Sci. 2022, 218, 106426.
doi: 10.1016/j.clay.2022.106426 |
| 55 |
Li Z. ; Li P. ; Meng X. ; Lin Z. ; Wang R. Adv. Mater. 2021, 33 (42), 2102338.
doi: 10.1002/adma.202102338 |
| 56 |
Guan B. ; Zhang Y. ; Fan L. ; Wu X. ; Wang M. ; Qiu Y. ; Zhang N. ; Sun K. ACS Nano 2019, 13 (6), 6742.
doi: 10.1021/acsnano.9b01329 |
| 57 |
Guan B. ; Fan L. ; Wu X. ; Wang P. ; Qiu Y. ; Wang M. ; Guo Z. ; Zhang N. ; Sun K. J. Mater. Chem. A 2018, 6 (47), 24045.
doi: 10.1039/C8TA09301F |
| 58 |
Shrshr A. E. ; Dong Y. ; Al-Tahan M. A. ; Kang X. ; Guan H. ; Zheng X. ; Zhang J. J. Alloys. Compds. 2022, 910, 164917.
doi: 10.1016/j.jallcom.2022.164917 |
| 59 |
Wang B. ; Wang L. ; Zhang B. ; Kong Z. ; Zeng S. ; Zhao M. ; Qian Y. ; Xu L. Energy Storage Mater. 2022, 45, 130.
doi: 10.1016/j.ensm.2021.11.039 |
| 60 |
Guo Z. ; Zhao Y. ; Miao Y. ; Wang D. ; Zhang D. ACS Appl. Energy Mater. 2022, 5 (9), 11844.
doi: 10.1021/acsaem.2c02440 |
| 61 |
Ozisik H. ; Deligoz E. ; Colakoglu K. ; Surucu G. Inter. J. Mater. Res. 2013, 104 (9), 858.
doi: 10.3139/146.110942 |
| 62 |
Novikov V. V. ; Mitroshenkov N. V. ; Morozov A. V. ; Matovnikov A. V. ; Avdashchenko D. V. J. Applied Phys. 2012, 111 (6), 063907.
doi: 10.1063/1.3694029 |
| 63 |
Yusa H. ; Iga F. ; Fujihisa H. Inorg. Chem. 2022, 61 (5), 2568.
doi: 10.1021/acs.inorgchem.1c03525 |
| 64 |
Tang S. ; Tang J. ; Okunishi E. ; Ninota Y. ; Yasuhara A. ; Uzuhashi J. ; Ohkubo T. ; Takeguchi M. ; Yuan J. ; Qin L.-C. Mater. Today 2022, 57, 35.
doi: 10.1016/j.mattod.2022.06.003 |
| 65 |
Sugavaneshwar R. P. ; Handegård Ø. S. ; Doan A. T. ; Ngo T. D. ; Tran T. P. ; Ngo H. D. ; Dao T. D. ; Ishii S. ; Otani S. ; Nagao T. Adv. Opt. Mater. 2022, 10 (8), 2101787.
doi: 10.1002/adom.202101787 |
| 66 |
Wang Z. ; Han W. ; Kuang Q. ; Fan Q. ; Zhao Y. Adv. Powder Technol. 2020, 31 (2), 595.
doi: 10.1016/j.apt.2019.11.014 |
| 67 | 王珍. 氧化锡和稀土六硼化物(CeB6、EuB6、YB6)纳米结构的制备及其电化学性能[博士学位论文]. 广州: 华南理工大学, 2021. |
| 68 | 苏丽娜. 几种硼化镧二维结构及性能的第一性原理研究[硕士学位论文]. 石家庄: 河北师范大学, 2021. |
| [1] | 陶呈安, 黄坚, 李玉姣. 大学化学实验教学人工智能的应用探讨[J]. 大学化学, 2025, 40(9): 5 -10 . |
| [2] | 翟林峰, 王华林, 刘玉, 秦广龙. 聚合硫酸铁的制备及性能测定实验融合课程思政的探索与实践[J]. 大学化学, 2025, 40(9): 354 -360 . |
| [3] | 吴淋琳, 周永华, 李中北, 邓留, 刘又年, 陈立妙, 黄健涵. 教育数字化赋能应用化学综合实验——以氯化氢催化氧化及反应动力学综合实验为例[J]. 大学化学, 2025, 40(9): 273 -278 . |
| [4] | 张茜苑, 董锐, 杨洋, 丁佳鹏, 苗志伟. 钯催化4-乙烯基苯并噁嗪酮和茚-2-甲醛串联环化反应——介绍一个有机化学综合实验[J]. 大学化学, 2025, 40(9): 361 -367 . |
| [5] | 张灵棋, 黄海容, 李佳霖, 吉丽, 潘宇凡, 叶美玲, 陈翠雪, 彭淑女. 桂花碳量子点的绿色制备及科普应用方案[J]. 大学化学, 2025, 40(8): 298 -306 . |
| [6] | 王瑞虎, 卢爱党. 新型铬(VI)检测试纸的制备及应用——介绍一个应用化学综合实验[J]. 大学化学, 2025, 40(8): 284 -290 . |
| [7] | 龚良玉, 牛永盛, 王修中, 鲁莉华, 徐鲁斌, 李帅帅, 王杰. “农科教”融合培养“农化”背景丰富的化学类复合应用型人才路径探索与实践[J]. 大学化学, 2025, 40(8): 330 -337 . |
| [8] | 宝金荣, 张景林, 李文先, 朱晓伟. 苯甲酸稀土配合物的制备及性能表征——基于应用化学专业人才培养的综合化学实验案例分析[J]. 大学化学, 2025, 40(8): 218 -224 . |
| [9] | 周林锋, 张玉林, 林肃浩, 朱龙观. 2023年北京大学金秋营及第37届中国化学奥林匹克决赛磷团簇相关试题解析与拓展[J]. 大学化学, 2025, 40(8): 376 -387 . |
| [10] | 胡文远, 霍冀川, 钟国清, 刘彬瑶, 蒋琪英, 邓秋林, 杨定明, 张廷红, 李鸿波, 朱平平. 地方高校应用化学专业创新型人才培养实验课程体系构建与探索[J]. 大学化学, 2025, 40(7): 55 -61 . |
| [11] | 夏其英, 王爱香, 马登学, 刘国魁, 李云志, 冷霞, 韦瑶瑶, 周广丽. 科技赋能,产教融合,高素质应用型化学人才培养12345实验教学体系创新与实践[J]. 大学化学, 2025, 40(7): 18 -25 . |
| [12] | 刘英, 季甲, 侯银玲, 郭丽兰, 吕璇. 硒游记[J]. 大学化学, 2025, 40(7): 218 -224 . |
| [13] | 马秀雅, 陈妤, 张岩. 药物二三事[J]. 大学化学, 2025, 40(7): 232 -240 . |
| [14] | 吴楠, 张航, 魏灵灵, 顾泉, 郑浩铨, 张伟强, 曹睿. 氰化物——毒物还是瑰宝?[J]. 大学化学, 2025, 40(7): 177 -188 . |
| [15] | 宋宜辉, 秦上尚, 吴凯, 金成允, 余斌. 生物化学在高水平创新型药学人才培养中的交叉融合应用——以去甲基化酶LSD1抑制剂的活性评价为例[J]. 大学化学, 2025, 40(6): 341 -352 . |
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