金属碘酸盐或硼酸盐类新型无机固体化合物的研究

来源 :中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yatai1980
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非中心对称结构化合物,特别是极性化合物,由于它们具有有趣的物理性质,如压电、热电、铁电和二阶非线性光学性能等,引起了材料科学与工程领域研究者的广泛兴趣[1-4]。在金属碘酸盐中,因I5+含有一对立体活性的孤对电子,使得IO3-发生次级Jahn-Tellor效应而具有不对称的配位环境,因此金属碘酸盐可以呈现丰富的非中心对称结构。由于B-O基团容易产生大的非线性效应,所以硼酸盐在非线性光学材料中占有重要的地位。将碘酸根或硼酸根与其它配位多面体进行复合不但得到结构丰富的新型无机固体化合物,而且可能发现一些新的非线性光学材料。本文通过水热合成法得到了7个新的碘酸盐化合物,通过高温固相法合成了两个新的硼锑酸盐化合物,利用X-射线单晶及粉末衍射、红外光谱、EDS能谱等确定了它们的结构和组成,并对它们的光学性能,特别是二阶非线性光学性能进行了详细研究。  第一章介绍了目前无机非线性光学晶体材料的概况,着重介绍了无机碘酸盐的研究现状及其二阶非线性光学性能,并提出了我们的研究思路。  第二章为实验方法与理论计算基础,详细介绍了本工作所需的各种试剂和仪器,合成与测试方法以及电子结构和光学性质理论计算的有关方法和理论基础。  第三章中,我们成功将具有次级Jahn-Teller(SOJT)效应的d0过渡金属V5+引入到碘酸盐中,得到了一例结构新颖的具有很强倍频效应的碘酸盐Tl(VO)2O2(IO3)3。它结晶于极性空间群Ima2,结构中含有一维[(VO)2O2(IO3)3]-阴离子链,其中相邻的畸变VO6八面体之间通过桥连氧离子和IO3-阴离子连接在一起。其非线性光学倍频系数约为KTiOPO4(KTP)的1.2倍,而且是相位匹配的。此外它还具有较高的热稳定性以及宽的透过波段,因此该化合物是一种具有潜在应用价值的二阶非线性光学晶体材料。  第四章中,我们成功地将平面四方形配位的Au3+离子引入到碘酸盐体系,得到了六例新颖化合物α-NaAu(IO3)4,β-NaAu(IO3)4,RbAu(IO3)4,α-CsAu(IO3)4,β-CsAu(IO3)4和AgAu(IO3)4。其中α-NaAu(IO3)4,RbAu(IO3)4和α-CsAu(IO3)4是非中心对称的。这六个化合物结构中均含有零维Au(IO3)4-阴离子单元,碱金属离子或者银离子将这些零维阴离子单元分隔开。在α-NaAu(IO3)4,RbAu(IO3)4和α-CsAu(IO3)4这三个极性化合物中, Au(IO3)4-阴离子单元中的四个IO3-基团位于AuO4平面四方形的同侧(顺式结构)。α-NaAu(IO3)4, RbAu(IO3)4和α-CsAu(IO3)4的非线性光学倍频系数分别是KTiOPO4(KTP)的1.17,1.33和1.17倍,而且都是相位匹配的。在β-NaAu(IO3)4,β-CsAu(IO3)4和AgAu(IO3)4这三个中心对称化合物中,Au(IO3)4-阴离子单元中的四个IO3-基团同时位于AuO4平面四方形的两侧(反式结构)。我们对这几个化合物的红外、紫外、荧光、铁电性能及电子结构也进行了深入的研究。  第五章中,我们通过传统的高温固相法成功合成了两例结构新颖的金属硼锑酸盐:KSbB2O6和BaSb2B4O12。它们结构中包含由SbO6共顶点形成的一维链,链之间通过B2O5基团形成Sb-O-B桥连成三维骨架。极性化合物KSbB2O6中,由SbO6共顶点形成的一维链沿c轴方法延伸,中心对称化合物BaSb2B4O12中,由SbO6共顶点形成的一维链沿<101>方法延伸。K+离子填充在阴离子骨架中沿b轴和c轴的一维孔道中,Ba2+离子填充在[Sb2B4O12]2-阴离子骨架中沿a轴和c轴的一维孔道中。KSbB2O6表现出很弱的二阶非线性光学效应。
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