Интеркалированные соединения

Интеркалированные соединения – это особый класс материалов.

Интеркаляция относится к обратимым внедрениям подвижных частиц (атомов, молекул, ионов) в кристаллическую решетку, которая содержит связанную систему пустых мест в решетке соответствующего размера, в то время как структурная целостность решетки не нарушена.

Реакции интеркалирования обычно проводят при комнатной температуре. Таким низкотемпературным реакциям подвергали разнообразные структуры кристаллических решеток. Следует отметить, что были наиболее широко изучены реакции интеркаляции с участием слоистых кристаллических решеток; отчасти это связано с их гибкой структурной и способностью приспосабливаться к геометрии внедряемых частиц, а также, благодаря легкому регулированию межслоевого разделения.

Несмотря на различия в химическом составе и структуре решетки основного принимающего слоя, все слоистые структуры характеризуются сильными внутренними ковалентными связями и слабым межслоевым взаимодействием. Слабое межслоевое взаимодействие характеризуется Ван-дер-ваальсовыми силами или электростатическим притяжением противоположно заряженных частиц между двумя слоями. Различные принимающие кристаллические решетки могут взаимодействовать с множеством внедряемых частиц и формировать интеркалированные соединения (интеркаляты). Кристаллическими принимающими решетками могут быть дихалькогениды металлов, оксигалоиды металлов, оксиды металлов, фосфаты металлов, фосфаты и фосфонаты водорода, графит и слоистые глинистые минералы. Внедряемыми материалами могут быть ионы металлов, органические и органо-металлические молекулы. После внедрения частиц в кристаллическую решетку могут происходить различные структурные изменения.

Существуют различные методы получения интеркалированных соединений Наиболее простой и широко используемый заключается в прямом взаимодействии внедряемых частиц с принимающей решеткой. Типичным примером такого метода является образование Li_xV₂O₅ (0 ≤ x ≤ 1) из V₂O₅ и LiI. Для осуществления прямых реакций интеркалирующий реагент должен хорошо ослаблять кристаллы в решетке. Ионный обмен представляет собой метод, в котором одни внедренные ионы в интеркалированном соединении замещаются другими внедряемыми ионами. Таким образом можно внедрять крупные ионы, что невозможно при прямом интеркалировании. Правильно выбранный растворитель или электролит могут содействовать ионному обмену, благодаря флокулированию и рефлокулированию структуры принимающей решетки. Электроинтеркалирование – уже другой метод, в котором решетка выступает в роли катода в электрохимической ячейке