혼합된 전이금속 칼코젠 화합물의 합성과 특성에 관한 연구

Abstract

새로운 사성분계 화합물인 K0.5Ta1-xTixPS5(x≒0.46)를 Ta, Ti, P, S 그리고 KCl을 이용하여 flux법으로 650℃에서 가열하여 합성하였으며, 그 구조는 단결정 X-선 회절법으로 결정하였다. 다면체모양의 검정색을 띄고 있고 공기 중에서 안정한 경향을 띤다. 이 화합물은 알려진 A0.42TaPS5 (A = K, Rb)와 동일한 구조를 가지고 하나의 단위세포(단위세포의 크기 a = 9.7006(3) Å, b = 14.3279(5) Å, c = 21.3275(8) Å)에 16개의 형식단위를 갖는 사방정계 Fddd 공간군으로 결정화한다. K0.5Ta1-xTixPS5(x≒0.46)는 변을 공유하고 있는 [MS6]팔면체로 이루어진 이량체 [M2S10](M = 54 % of Ta, 46 % of Ti)unit으로 형성된다. 이 화합물의 2차원적 층상구조는 기본구조인 [M2S10](M = 54 % of Ta; 46 % of Ti)unit가 사면체인 [PS4]로 연결되어 있다. 2차원 layer는 c 축으로 층층이 쌓여 van der Waals gap 을 가지는 3차원 구조를 이룬다. K+ 양이온은 음이온 layer와 정전기적 상호작용에 의해 이 빈 공간을 채운다. 이 화합물의 전형적인 charge balance는 [K¬+]0.5[Ta5+]0.56[Ti4+]0.46[P5+][S2-]5로 표현할 수 있다.

새로운 3차원 삼성분계 칼코게나이드, Cu5Ti7S16는 알칼리 금속 할라이드와 각 구성성분의 반응을 통해 합성하였고, 단결정 X-선 회절법에 의해 결정구조를 해석하였다. 이 단결정은 판 모양의 검정색 이고 상온에서 안정하다. 이 화합물은 스피넬구조를 갖는 CuTi2S4와 동일한 구조를 가지고, 하나의 단위세포의 크기 a = 7.0222(5) Å, b = 7.0222(6) Å, c = 34.8239(7) Å, γ = 120.00°, V = 1487.13(16) Å3 에 두 개의 형식단위를 갖는 삼방정계 공간군 R3(ㅡ)m으로 결정화 되었다. 이 단결정은 입방 조밀 충전을 하고 있다. 칼코젠 음이온은 각각의 금속 양이온과 다면체로 결합하고 있는데, Cu는 S와 사면체 또는 팔면체 배위를 하고 있고, Ti은 S와 팔면체를 이루고 있다. 따라서 Cu-S와 Ti-S결합에 의해 3차원 그물구조를 형성하게 된다. 결합길이는 Cu-S = 2.4134 Å, Ti-S = 2.2372 ~ 2.2748 Å 이다. 이 화합물의 전형적인 charge balance는 쉽게 나타내기 어려우며 근사적으로 [Cu+]5[Ti(4-x)+]7[S2-]16로 표현할 수 있다