三硫化二铈
编辑三硫化二铈,又名三硫化二铈,是一种无机化合物,化学式为Ce2S3。 它是铈(III)的硫化物盐,以具有不同晶体结构的三种多晶型物存在。
它的高熔点(可与二氧化硅或氧化铝相媲美)和化学惰性性质导致偶尔会检查其作为坩埚耐火材料的潜在用途,但它从未被广泛用于此应用。
两种多晶型物(α-和 β-Ce2S3)独特的红色以及上述在高温下的化学稳定性导致作为红色颜料(称为硫化铈红)的商业用途有限。
综合
编辑报道的最古老的硫化铈 (III) 合成遵循典型的稀土倍半硫化物形成路线,包括在硫化氢气氛中将相应的倍半氧化铈加热至 900–1100°C:
Ce2O3 + 3 H2S → Ce2S3 + 3 H2O
较新的合成程序使用毒性较低的二硫化碳气体进行硫化,从二氧化铈开始,二氧化铈在 800–1000 °C 的温度下被 CS2 气体还原:
6 CeO2 + 5 CS2 → 3 Ce2S3 + 5 CO2 + SO2
多态
编辑Ce2S3 以三种多晶型形式存在:α-Ce2S3(正交晶系,酒红色)、β-Ce2S3(四方晶系,红色)、γ-Ce2S3(立方晶系,黑色)。 它们类似于同样是三晶型的 Pr2S3 和 Nd2S3 的晶体结构。
按照上面给出的合成程序,将主要产生 α- 和 β- 多晶型物,随着 α-Ce2S3 的比例在较低温度(~700–900 °C)和较长的反应时间下增加。 通过在 1200 °C 下真空加热 7 小时,α-型可不可逆地转变为 β-Ce2S3。 然后通过在更高温度(1700 °C)下热压烧结 β-Ce2S3 粉末获得 γ-Ce2S3。
反应
编辑一些已报道的硫化铈 (III) 与铋化合物发生反应,以形成 M(O,F)BiS2 族(对于 M=Ce)的超导晶体材料。
Ce2S3 与 Bi2S3 和 Bi2O3 在密封管中在 950 °C 下反应生成母体化合物 CeOBiS2:
3 Ce2S3 + Bi2S3 + 2 Bi2O3 → 6 CeOBiS2
这种材料本身具有超导性,但如果通过在反应混合物中加入 BiF3 来掺杂氟化物,则可以增强其性能。
应用
编辑耐火材料
作为曼哈顿计划的一部分,铈 (III) 和硫化铈 (IV) 在 1940 年代首次被研究,当时它们被认为是——但最终没有被采用——作为高级耐火材料。 他们建议的应用是用作铸造铀和钚金属的坩埚材料。
尽管硫化物的特性(高熔点和大、大的负 ΔfG° 和化学惰性)是合适的,而且铈是一种相对常见的元素(66 ppm,大约与铜一样多),但传统的 H2S 涉及的危险 生产路线和控制所得 Ce2S3/CeS 固体混合物形成的困难意味着该化合物最终没有进一步开发用于此类应用。
颜料及其他用途
硫化铈 (III) 的主要非研究用途是用作特种无机颜料。 α-和 β-Ce2S3 的强烈红色调、铈的非高昂成本以及高温下的化学惰性是使该化合物成为理想颜料的因素。
在其他应用方面,γ-Ce2S3 多晶型物具有 2.06 eV 的带隙和高塞贝克系数,因此被提议作为热电发电机的高温半导体。 迄今为止尚未证明其实际实施。
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