新型金属磷酸盐的结构设计与合成

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在金属磷酸盐中,PO4作为基本构筑基团,通过氧原子桥连可以形成多种类型的聚阴离子,进一步形成各种一维或多维的P-O结构。磷酸盐丰富多样的结构类型使其在催化、磁性材料、荧光材料以及非线性光学材料等领域有着广泛的应用前景。本论文简要回顾了金属磷酸盐的研究现状,从结构性能等方面进行总结并提出了我们的研究思路。通过水热合成法得到了六个新化合物,利用X-ray单晶衍射及X-ray粉末衍射、紫外光谱、热重分析以及EDS能谱等确定了这些化合物的组成和结构,并对化合物2的磁性和化合物5的二阶非线性光学性质进行了研究。最后,为了更好的了解他们的能带结构及光学性质,通过CASTEP程序对这几个化合物进行了理论计算。  第一章主要从结构性质等方面介绍了金属磷酸盐的研究现状,并提出了我们的研究思路。第二章为实验部分,具体介绍了该工作所需要的各种试剂和仪器,合成和测试方法以及理论计算的理论基础。第三章I5+阳离子存在立体化学活性的孤电子对,使IO3基团成为NLO材料的良好构建基团。IO3与PO4的混合可以形成结构新颖的化合物,且它们可能具有较好的NLO性质等。基于此想法,通过水热合成法探究了M(Ⅲ)-I(Ⅴ)-P(Ⅴ)-O体系,并成功合成了四个新型混阴离子磷酸盐,M(HPO4)(IO3)(H2O)(M=Sc1,Fe2,Ga3,In4)。这四个化合物是同构的,均结晶于C2/c空间群。沿c轴方向,[(MO5)(H2O)]八面体通过IO3三角锥连接形成“之”字型链,这些链通过[PO3(OH)]四面体进一步连接形成含有10元环M2I4P4一维孔道的三维网络结构。磁性测试显示化合物2中的磁性粒子间具有反铁磁相互作用。第四章d10(Zn,Cd)过渡金属具有丰富的配位模式,且易发生畸变有利于非中心结构的产生。基于此想法,通过水热合成法,成功合成了两个新型混金属磷酸盐,非中心对称结构的(H3O)Ca2Zn3.5(PO4)45和中心对称结构的Ba2Cds(PO4)2(HPO4)26。在化合物5结构中,孤立的ZnO4四面体通过PO4四面体连接形成含有六元环一维孔道和八元环一维孔道的三维网络结构,Ca2+和H3O+分别填充在这两种孔道中。在化合物6结构中,CdO6八面体相互连接形成一维链,这些链通过PO4四面体进一步连接形成二维层,Ba2+填充在层与层之间。化合物5显示较弱的二阶非线性光学效应。  我们的研究结果表明在磷酸盐中引入IO3-阴离子基团或d10过渡金属离子,可以得到一些具有新颖结构或特殊理化性能的新型金属磷酸盐。
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