氧化鎵

氧化鎵是鎵最穩定的氧化物，化學式為Ga₂O₃，是一種無機化合物，白色的晶體粉末，具有兩性。它是作為製造寬帶隙半導體的一部分。

氧化鎵
別名	氧化鎵(III) 三氧化二鎵
識別
CAS號	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
性質
化學式	Ga2O3
莫耳質量	187.444 g·mol⁻¹
外觀	白色晶體粉末
密度	6.44 g/cm3（α） 5.88 g/cm3（β）
熔點	1900 °C（2173 K）
溶解性（水）	難溶
溶解性	可溶於酸和鹼金屬氫氧化物溶液
結構[1][2]
晶體結構	單斜晶系，mS20
空間群	C2/m（No. 12）
晶格常數	a = 1.2232 nm, b = 0.3041 nm, c = 0.5801 nm
晶格常數	α = 90°, β = 103.73°, γ = 90°
熱力學[3]
ΔfHm⦵298K	−1089.1 kJ/mol
S⦵298K	85.0 J/(mol·K)
熱容	92.1 J/(mol·K)
ΔfH⦵fus	100 kJ/mol
危險性
歐盟分類	未列出
相關物質
其他陰離子	硫化鎵 硒化鎵 碲化鎵
其他陽離子	氧化硼 氧化鋁 氧化銦 氧化鉈
相關化學品	氧化亞鎵 氫氧化鎵
若非註明，所有數據均出自標準狀態（25 ℃，100 kPa）下。

製備

氧化鎵可以通過在空氣中加熱金屬鎵或在200~250℃熱分解硝酸鎵得到。氧化鎵有五種形態——α, β, γ, δ和ε，其中β-Ga₂O₃是最穩定的形態。^[4]

• β-Ga₂O₃可以通過在1000℃加熱硝酸鎵、乙酸鎵、草酸鎵或其它有機衍生物得到。通過化學氣相沉積在980℃也能製得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可以通過在65 kbar與1100℃加熱β-Ga₂O₃得到。其水合物可以通過在500℃分解沉澱並老化的氫氧化鎵得到。
• γ-Ga₂O₃通過在400~500℃迅速加熱氫氧化鎵凝膠得到。多晶體可以通過直接的溶劑熱反應製備。^[6]
• δ-Ga₂O₃由Ga(NO₃)₃在250˚C熱分解得到。
• ε-Ga₂O₃可以通過550℃短暫加熱δ-Ga₂O₃ 30分鐘得到。^[4]

化學性質

氧化鎵可以和鹼金屬氧化物在高溫反應，產生偏鎵酸鹽，如NaGaO₂；和Mg、Zn、Co、Ni、Cu的氧化物加熱形成尖晶石型晶體，如MgGa₂O₄。^[7] 它溶於鹼金屬氫氧化物溶液，形成Ga(OH)−
4羥基配離子。

它和氯化氫氣體在氬氣氣氛中反應，生成無水三氯化鎵GaCl₃：^[8]

Ga₂O₃ + 6 HCl → 2 GaCl₃ + 3 H₂O

和氟氣反應，產生無水氟化鎵；溶於50%氫氟酸，生成氟化鎵的三水合物：^[9]

Ga₂O₃ + 6 HF → 2 GaF₃·3H₂O

它可以被氫氣還原為氧化亞鎵（一氧化鎵）Ga₂O，^[10]也可以被單質鎵還原：^[11]

Ga₂O₃ + 2 H₂ → Ga₂O + 2 H₂O

Ga₂O₃ + 4 Ga → 3 Ga₂O

應用

氧化鎵是一種重要的功能性材料。人們正在研究將它們用於雷射、螢光粉和發光材料，並且已證明它們具有催化特性，可作為半導體結中的絕緣屏障。^[12]。

穩定的氧化物單斜晶系β-氧化鎵（III）用於氣體傳感器、螢光粉、發光材料和太陽能電池的電介質塗層。透明導體在深紫外線領域的應用潛力也已被證實。^[13]

參看

• 納米技術