含钴复合氧化物的合成、结构与性质

• 作 者: 李阔
• 机 构: 北京大学
• 出 处: 北京大学
• 发表日期: 2011年期
• 关键词: 含钴复合氧化物 元素性质 结构化学原理 晶体结构

含钴氧化物是一类重要的过渡金属氧化物，具有超导、热电、离子导电、磁性、催化等性质。本研究从元素性质和结构化学原理出发，选择研究体系，通过系统的相图分析，开展具有新颖结构的含钴复合氧化物的探索合成，研究其晶体结构，探讨结构与性质之间的关系。本论文取得的主要成果有：　　
1.BaCoO3-δ-BaInO2.5变温相图。系统研究了这一体系在空气气氛中，800℃-1150℃温度范围内的相关系。确认了立方相BaInxCo1-xOy的存在范围，确定了两个新物相--正交相BaIno0.55Co0.45O2.52与四方相BaIn0.70Co0.30O2.56的结构。采用B位离子的半径方差参数分析了从立方相到正交相的无序-有序相变的结构原因。　　
2.SrO-InO1.5-CoOx体系的等温相图与新化合物Sr3In0.9Co1.1O6。在这一体系的研究中，发现了一个新化合物Sr3In0.9Co1.1O6。通过X射线和中子衍射研究了Sr3In0.9Co1.1O6的结构。结构中，(In0.9Co0.1)O6三棱柱与CoO6八面体共面连接形成一维链，占据三棱柱位置的Co3+为高自旋态(S=2)，占据八面体位置的Co3+为低自旋(S=0)。变温中子衍射数据表明八面体中Co原子存在沿c轴方向的静态无序分布。磁化率与电子顺磁共振数据表明高自旋态Co3+的g因子约为2.0。　　
3.LaO1.5-SbOx-CoOx体系的等温相图。系统研究了该体系的相关系。发现了4种新化合物：La3Sb3Co2O14、LaSbCo2O6、La(Sb5/6Co1/6)2O6、La7Sb3O18，并确定了固溶体La(SbxCo01-x)O3(0.1≤x≤0.33)与La(Sb0.33+0.2yCo0.67-0.3y)O3(0≤y≤1)的固溶范围。分析了体系中各物相连接方式的变化规律。深入研究了两种新化合物La3Sb3Co2O14和LaSbCo2O6的结构并进行了新化合物体系的拓展。　　
4.La3Sb3Co2O14的结构与性质。利用粉末X射线与高分辨中子衍射确定La3Sb3Co2O14具有三方有序的烧绿石结构。结构中，La与Sb各自形成2D的Kagome格子。研究了Co2+的配位、磁性与电子结构。通过等价取代，得到了系列RE3Sb3M2O14(RE=稀土元素，M=Co，Zn，Mg…)同构化合物。实现了磁性稀土离子具有理想Kagome格子的分布。这些体系有望在磁阻挫的研究中发挥重要作用。　　
5.LasbCo2O6的结构、磁性与磁结构。LasbCo2O6是一种具有通道结构特征的化合物，属CaCo2O4型结构。结构中，SbO6与CoO6八面体按1:2的比例有序共边连接成双链，双链问共顶点连接，La分布于链间的通道中。骨架中Co2+为六方金刚石拓扑连接，在低温下发生反铁磁有序相变，反铁磁相在高场下表现出变磁行为。通过低温中子衍射数据分析了反铁磁相的磁结构。