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乙醇鉭

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乙醇鉭
IUPAC名
Tantalum(V) ethoxide
乙氧基鉭(V)
別名
  • Tantalum ethylate
  • Tantalum(V) ethylate
  • Pentaethyl tantalate
  • Tantalum pentaethoxide
  • Pentaethoxytantalum(V)
  • Tantalum(5+) pentaethanolate
辨識
CAS號 6074-84-6  checkY
PubChem 2733710
ChemSpider 21169490
SMILES
 
  • [Ta+5].[O-]CC.[O-]CC.[O-]CC.[O-]CC.[O-]CC
性質
化學式 C10H25O5Ta
莫耳質量 406.25 g mol−1 g·mol⁻¹
外觀 無色液體
密度 1.566 g/cm3（在25 °C）
熔點 21 °C（294 K）
沸點 145 °C（418 K）（在0.0133 kPa）
溶解性（水） 反應
溶解性 有機溶劑
折光度n
D 		1.488[1]
危險性
GHS危險性符號
《全球化學品統一分類和標籤制度》（簡稱「GHS」）中易燃物的標籤圖案《全球化學品統一分類和標籤制度》（簡稱「GHS」）中腐蝕性物質的標籤圖案《全球化學品統一分類和標籤制度》（簡稱「GHS」）中有害物質的標籤圖案
GHS提示詞 Danger
H-術語 H226, H314, H319, H335
P-術語 P280, P305+351+338
NFPA 704
1
2
2
 
若非註明，所有資料均出自標準狀態（25 ℃，100 kPa）下。

乙醇鉭是有機金屬化合物，分子式為Ta2(OC2H5)10，通常縮寫為Ta2(OEt)10。它是無色固體，可溶於一些有機溶劑，但容易水解。[2]它可用來製備五氧化二鉭薄膜。

結構

鉭(V)的醇鹽通常以二聚體存在[3]，含有八面體的六配位鉭中心。之後晶體學分析表明，甲醇鈮和異丙醇鈮都呈雙八面體結構。[4][5]就幾何結構而言，溶液中Ta2(OEt)10分子的十個乙氧基配體構成一對八面體，與位於中心的兩個鉭原子有一條公共邊。[4]就成鍵形式而言，每個鉭中心都被四個單齒配體和兩個橋接乙氧基配體以八面體結構包圍。橋接乙氧基的氧原子各自與兩個鉭中心鍵合，而這兩個配體在配位域內對彼此呈順式結構。化學式[(EtO)4Ta(μ-OEt)]2詳細展示這種二聚體結構，但簡化化學式較常用。

製備

5 kg蒸餾純乙醇鉭。它在20 °C下是固體。

已知乙醇鉭有幾種製備方法。五氯化鉭的複分解反應一般最可靠。五氯化鉭（Ta2Cl10）是良好的起點。為避免生成混合的氯化物-乙醇鹽物種，人們會添加氨等的鹼，以擷取釋出的HCl：[6]

10 EtOH + Ta2Cl10 + 10 NH3 → Ta2(OEt)10 + 10 NH4Cl

另一種方種是使用鹼金屬醇鹽的複分解反應：[6]

10 NaOEt + Ta2Cl10 → Ta2(OEt)10 + 10 NaCl

該化合物也可以用電化學方式製備。[4][7]該反應的兩個半方程和總方程[7]是：

陰極：2 EtOH + 2 e− → 2 EtO− + H2
陽極：Ta → "Ta5+" + 5 e−
總方程式：2 Ta + 10 EtOH → 2 "Ta5+" + 10 EtO− + 5 H2 → Ta2(OEt)10 + 5 H2

俄羅斯已採用這種電化學方法，以商業規模生產乙醇鉭。[7]該化合物也可以通過鉭金屬與乙醇的直接反應製備，總方程式與上述電化學方法的相同。[6]

自1970年代以來，德國拜耳公司一直在勒沃庫森生產乙醇鉭，但在公司解體後，生產轉移到了賀利氏。同時，1974年，Inorgtech（現MultiValent）在英國劍橋開始生產乙醇鉭。兩個途徑都涉及金屬氯化物與醇在溶劑存在下的直接反應，產品的純度為99.999%以上。[來源請求]

反應

鉭醇鹽最重要的反應是水解作用，生產氧化鉭薄膜和凝膠。雖然這些反應很複雜，但生產五氧化二鉭薄膜的水解作用[8]可以用以下簡化方程式描述：

Ta2(OC2H5)10 + 5 H2O → Ta2O5 + 10 C2H5OH

乙醇鉭的光學塗層（英語：optical coating）可以經過低壓化學氣相沉積法生產：[9]在低至1.33 mPa和700 °C，首先讓四乙氧基矽烷（Si(OEt)4）或二叔丁氧基二乙醯氧基矽烷（Si(OC(CH3)3)2(OOCCH3)2）分解，使反應物沉積所需深度的二氧化矽薄膜，然後往沉積物引入乙醇鉭。[9]與乙醇鈮的情況一樣，乙醇鹽前體受熱會分解，生成氧化層，同時釋出二乙醚：

Ta2(OEt)10 → Ta2O5 + 5 Et–O–Et

熱裂解還會經過化學氣相沉積法，生產五氧化二鉭薄膜。在這裡，乙醇鉭會被完全氧化，生成二氧化碳和水蒸氣：[10]

Ta2(OC2H5)10 + 30 O2 → Ta2O5 + 20 CO2 + 25 H2O

無定形五氧化二鉭薄膜也可以通過原子層沉積或脈衝化學氣相沉積技術製備，其中乙醇鉭和五氯化鉭會被交替使用。[11]在接近450 °C，所生產的薄膜的折射率和電容率性質與經傳統方法生產的相近。[11]製備薄膜時會釋出氯乙烷：[11]

Ta2(OC2H5)10 + Ta2Cl10 → 2 Ta2O5 + 10 C2H5Cl

溶膠凝膠技術還會經過類似的化學方法生產五氧化二鉭薄膜[12]。已知有使用乙醇鉭生產層狀鈣鈦礦材料的溶膠凝膠路線。[13]

應用

乙醇鉭主要用來製備五氧化二鉭薄膜材料，方法包括過化學氣相沉積、[9]原子層沉積[11]和溶膠凝膠。[12]這些材料有半導體、[11]電致變色、[14]和光學[9]應用。

五氧化二鉭薄膜有許多用途，包括用作折射率高達2.039[15]的光學薄膜，以及用作動態隨機存取記憶體和半導體場效應管中的薄膜介電材料。[11]選擇這些材料的製備方法取決於所需的特性。直接水解適用於會殘留水或使用高溫乾燥的情況。經過水解形成自組裝單層（英語：monolayer），然後將其高溫退火，這種位點選擇性沉積法可以產生微圖案（英語：micropattern）。[16]化學氣相沉積可以讓薄膜厚度得到奈米尺度的控制，對某些應用是必不可少的。直接熱裂解對光學應用很方便，[9]其中光損失因吸收而低的透明材料非常重要，[15]而且它還用來製備氮化物唯讀記憶體。[10]電致變色是某些材料在外加電力時改變顏色的特性，[17]是智慧型玻璃（英語：smart glass）的運作方式。由乙醇鉭水解生產的薄膜已用來製備適用於電致變色應用的無定形五氧化二鉭薄膜。[14]

混合金屬薄膜也可以用這種化合物製備。例如，鉭酸鋰（LiTaO3）薄膜因非線性光學特性而備受青睞，其製備方法是首先讓乙醇鉭與二叔戊醯基甲酸鋰（LiCH(COC(CH3)3)2）反應，以製備適用於有機金屬化學氣相沉積法（一種化學氣相沉積法）的前體。[18]此外，鉭酸鍶（Sr(TaO3)2）薄膜可以通過原子層沉積方法製備，它們的特性也得到研究。[19]

乙醇鉭與羧酸縮合，生成氧代醇鹽-羧酸鹽，例如Ta4O4(OEt)8(OOCCH3)4。[6]此類化合物的Ta4O4核形成立方烷簇合物（英語：cubane-type cluster）。

參考文獻

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  2. ^ Lide, David R. (編), CRC Handbook of Chemistry and Physics 87th, Boca Raton, FL: CRC Press, 2006, ISBN 0-8493-0487-3 
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