笼形复合物

包合物是由捕获或包含分子的晶格组成的化学物质。 大多数笼形化合物是聚合的并完全包裹客体分子，但在现代用法中，笼形化合物还包括主客体络合物和包合物。 根据 IUPAC，包合物是包合物，其中客体分子处于由主体分子或主体分子晶格形成的笼中。 该术语指许多分子主体，包括杯芳烃和环糊精，甚至一些无机聚合物，如沸石。

包合物可分为两类：包合物水合物和无机包合物。 每个包合物都由一个框架和驻留在该框架中的来宾组成。 最常见的笼形晶体结构可以由空腔组成，例如十二面体、四面体和六面体空腔。

大多数笼形水合物的 85 摩尔％是水。 笼形水合物衍生自有机氢键骨架。 这些框架是由通过多个氢键相互作用自缔合的分子制备的。 小分子或气体（即甲烷、二氧化碳、氢气）可以作为客体被包裹在水合物中。 笼形水合物的理想客/主比范围为 0.8 至 0.9。 客人与主人的互动仅限于范德华力。 某些例外情况存在于半包合物中，其中客体通过与主体结构的氢键结合到主体结构中。 在没有客人占据水笼的情况下，水合物通常会随着部分客人的填充和塌陷而形成。 与冰一样，笼形水合物在低温和高压下稳定，并具有类似电阻率的特性。 笼形水合物是天然存在的，可以在xxx冻土和海洋沉积物中找到。 水合物也可以通过种子结晶或使用无定形前体进行成核来合成。

与水合物不同，无机包合物具有无机原子共价键合骨架，客体通常由碱金属或碱土金属组成。 由于更强的共价键，笼通常比水合物小。 客体原子通过离子键或共价键与主体相互作用。 因此，客体原子的部分取代遵循 Zintl 规则，从而使整个化合物的电荷守恒。 大多数无机包合物都被客体原子完全占据其骨架笼而处于稳定相。 无机包合物可以通过在高温或高压下使用球磨的直接反应来合成。 在另一种常见的合成路线中从熔体中结晶。 由于主体和客体的组成多种多样，无机包合物在化学上更加多样化，并具有广泛的性质。 最值得注意的是，可以发现无机包合物既是绝缘体又是超导体 (Ba8Si46)。 吸引研究人员的无机包合物的一个共同特性是低导热性。 低热导率归因于客体原子在主体框架内发出嘎嘎声的能力。 客体原子的自由运动会散射传输热量的声子。

包合物已被探索用于许多应用，包括：气体储存、气体生产、气体分离、海水淡化、热电、光伏和电池。

• 已探索用于热电装置的笼形复合物，其中 A 是碱土金属，B 是第 III 族元素，X 是第 IV 族元素，其中 A 是碱土金属。 热电材料遵循称为声子玻璃电子晶体概念的设计策略。 产生塞贝克效应需要低导热性和高导电性。 当适当调整客体和主体框架时，包合物可以表现出低热导率（几 W/mK）或声子玻璃，而通过主体框架的电导率不受干扰，允许包合物表现出电子晶体。
• 甲烷包合物具有由水和甲烷客体分子贡献的氢键骨架。 大量以这种形式自然冻结的甲烷存在于xxx冻土层和海洋海床下。 其他氢键网络衍生自对苯二酚、尿素和硫脲。 狄安宁化合物是一个被广泛研究的宿主分子。
• 霍夫曼包合物是配位聚合物，分子式为 Ni(CN)4·Ni(NH3)2(arene)。 这些材料与小的芳香客体（苯、某些二甲苯）一起结晶，这种选择性已在商业上用于分离这些碳氢化合物。 金属有机骨架 (MOF) 形成包合物。