乙酰丙酮铱(Ⅲ)的合成、饱和蒸气压特性

2025/9/17 9:37:15 作者:电离式

介绍

乙酰丙酮铱(Ⅲ)的合成(简称 Ir (acac)₃)属于典型的 β- 二酮金属配合物,其分子结构以 Ir (III) 为中心离子,与三个乙酰丙酮根(acac⁻)配体通过螯合作用形成稳定的八面体构型。因具备气相转移不分解的特性,可用于化学气相沉积(CVD)技术制备铱金属涂层的前驱体。

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乙酰丙酮铱(Ⅲ)

合成与纯化

首先在酸性介质中,将过量乙酰丙酮(Hacac)加入Ir(III)水合离子溶液,加热并搅拌 1 小时,利用 acac⁻的 β- 二酮结构(酮式 - 烯醇式互变)与 Ir (III) 形成稳定螯合物;随后采用苯 - 己烷混合体系进行重结晶,去除未反应的 Hacac 与无机杂质;最终在真空条件下(压力 5×10⁻² torr,温度 220℃)进行二次多重升华,进一步提纯产物乙酰丙酮铱(Ⅲ)。

饱和蒸气压的测量

以惰性气体氦气为载气,在 423-473K(150-200℃)的温度区间内,让氦气以 0.5-6 L/h 的流速流经乙酰丙酮铱(Ⅲ)晶体表面,载带其饱和蒸气至冷却区域凝结。通过称重冷却区域收集的 Ir (acac)₃质量,结合载气流速与温度,计算饱和蒸气压。当载气流速在 0.5-6 L/h 范围内变化时,气相转移的化合物质量保持稳定,Ir (acac)₃在该温度区间内仅升华不分解;温度控制精度达 ±0.5K,蒸气压测量误差不超过 ±5%。

克努森(Knudsen)法

克努森法基于泻流效应,将乙酰丙酮铱(Ⅲ)置于不锈钢材质的泻流腔(内径 0.8cm、高 1cm,泻流孔直径 0.02-0.04cm、长 0.02cm)中,在 110-160℃(383-433K)下,让晶体升华产生的蒸气通过小孔泻流进入质谱仪,通过检测离子电流强度确定气相分子浓度,进而计算蒸气压。实验采用完全蒸发校准法,在单次实验中,让一定量 Ir (acac)₃在不同温度下完全蒸发,校准质谱仪对 Ir (acac)₃分子的灵敏度;温度由 PIT-3 温控器控制,精度达 ±0.1K,是四种方法中温度控制最精准的。该方法适用于低蒸气压区间(10⁻⁴-10⁻¹ torr),能通过质谱直接分析气相组成,排除多聚体干扰。

校准体积法(MCV)

传统静态法仅能测窄压力范围,而MCV法通过校准体积、质谱分析的组合,实现 10⁻³-10 torr 的宽压力覆盖,原理如下:在预设温度下,让乙酰丙酮铱(Ⅲ)晶体与气相在校准体积的容器内达到平衡,随后将气相转移至泻流腔,通过质谱检测离子电流,结合校准体积、温度、分子质量等参数,用公式计算蒸气压。研究将 MCV 数据分为三个区间分析:整体温度 114-240℃、低温段 114-186℃、高温段 196-240℃,发现低温段数据与流动法、克努森法更接近,而高温段数据显著偏低。

膜法(Membrane)

膜法采用膜零压计测量蒸气压,其原理是利用柔性膜两侧的压力平衡:一侧为乙酰丙酮铱(Ⅲ)的饱和蒸气,另一侧为已知压力的参考气体,通过膜的形变确定蒸气压。早期膜法在 195-245℃得到 ΔH_T°=86.6±1.7 kJ/mol,后补充实验得到 130.0±4.2 kJ/mol,数据差异提示需结合温度区间分析。

当温度超过440K时,乙酰丙酮铱(Ⅲ)的气相组成发生变化:质谱图中出现游离乙酰丙酮配体的离子峰,且浓度随温度升高而增加;冷却至 430-440K 时,游离配体峰消失,Ir (acac)₃分子峰强度回升。这表明高温下 Ir (acac)₃发生可逆热转化,可能形成Ir (acac)₃- 配体缔合物或多聚体,这类缔合物分子质量更大,导致单位质量的化合物产生的蒸气压降低,进而使MCV(196-240℃)的 ΔHT°计算值偏低。此外,封闭体系中高浓度气相会促进缔合反应,而流动法(载气稀释)和克努森法(低压力)能抑制缔合,因此这两种方法的数据更可靠[1]。

参考文献

[1] Morozova N B, Semyannikov P P, Sysoev S V, et al. Saturated vapor pressure of iridium(III) acetylacetonate[J]. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, 2000, 60: 489-495.

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