氧化镓

氧化镓是镓最稳定的氧化物，化学式为Ga₂O₃，是一种无机化合物，白色的晶体粉末，具有两性。它是作为制造宽带隙半导体的一部分。

氧化镓
别名	氧化镓(III) 三氧化二镓
识别
CAS号	12024-21-4  Y
PubChem	5139834
ChemSpider	4313617
SMILES	O=[Ga]O[Ga]=O
InChI	1/2Ga.3O/rGa2O3/c3-1-5-2-4
InChIKey	QZQVBEXLDFYHSR-OGCFUIRMAC
RTECS	LW9650000
性质
化学式	Ga2O3
摩尔质量	187.444 g·mol⁻¹
外观	白色晶体粉末
密度	6.44 g/cm3（α） 5.88 g/cm3（β）
熔点	1900 °C（2173 K）
溶解性（水）	难溶
溶解性	可溶于酸和碱金属氢氧化物溶液
结构[1][2]
晶体结构	单斜晶系，mS20
空间群	C2/m（No. 12）
晶格常数	a = 1.2232 nm, b = 0.3041 nm, c = 0.5801 nm
晶格常数	α = 90°, β = 103.73°, γ = 90°
热力学[3]
ΔfHm⦵298K	−1089.1 kJ/mol
S⦵298K	85.0 J/(mol·K)
热容	92.1 J/(mol·K)
ΔfH⦵fus	100 kJ/mol
危险性
欧盟分类	未列出
相关物质
其他阴离子	硫化镓 硒化镓 碲化镓
其他阳离子	氧化硼 氧化铝 氧化铟 氧化铊
相关化学品	氧化亚镓 氢氧化镓
若非注明，所有数据均出自标准状态（25 ℃，100 kPa）下。

制备

氧化镓可以通过在空气中加热金属镓或在200~250℃热分解硝酸镓得到。氧化镓有五种形态——α, β, γ, δ和ε，其中β-Ga₂O₃是最稳定的形态。^[4]

• β-Ga₂O₃可以通过在1000℃加热硝酸镓、乙酸镓、草酸镓或其它有机衍生物得到。通过化学气相沉积在980℃也能制得β-Ga₂O₃。^[5]

2 C + Ga₂O₃ → Ga₂O + 2 CO

Ga₂O₃ + 3 C → 2 Ga + 3 CO

2 Ga₂O + 2 O₂ → 2 Ga₂O₃

4 Ga + 3 O₂ → 2 Ga₂O₃

• α-Ga₂O₃可以通过在65 kbar与1100℃加热β-Ga₂O₃得到。其水合物可以通过在500℃分解沉淀并老化的氢氧化镓得到。
• γ-Ga₂O₃通过在400~500℃迅速加热氢氧化镓凝胶得到。多晶体可以通过直接的溶剂热反应制备。^[6]
• δ-Ga₂O₃由Ga(NO₃)₃在250˚C热分解得到。
• ε-Ga₂O₃可以通过550℃短暂加热δ-Ga₂O₃ 30分钟得到。^[4]

化学性质

氧化镓可以和碱金属氧化物在高温反应，产生偏镓酸盐，如NaGaO₂；和Mg、Zn、Co、Ni、Cu的氧化物加热形成尖晶石型晶体，如MgGa₂O₄。^[7] 它溶于碱金属氢氧化物溶液，形成Ga(OH)−
4羟基配离子。

它和氯化氢气体在氩气气氛中反应，生成无水三氯化镓GaCl₃：^[8]

Ga₂O₃ + 6 HCl → 2 GaCl₃ + 3 H₂O

和氟气反应，产生无水氟化镓；溶于50%氢氟酸，生成氟化镓的三水合物：^[9]

Ga₂O₃ + 6 HF → 2 GaF₃·3H₂O

它可以被氢气还原为氧化亚镓（一氧化镓）Ga₂O，^[10]也可以被单质镓还原：^[11]

Ga₂O₃ + 2 H₂ → Ga₂O + 2 H₂O

Ga₂O₃ + 4 Ga → 3 Ga₂O

应用

氧化镓是一种重要的功能性材料。人们正在研究将它们用于激光、萤光粉和发光材料，并且已证明它们具有催化特性，可作为半导体结中的绝缘屏障。^[12]。

稳定的氧化物单斜晶系β-氧化镓（III）用于气体传感器、萤光粉、发光材料和太阳能电池的电介质涂层。透明导体在深紫外线领域的应用潜力也已被证实。^[13]

参看

• 纳米技术