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碱金属/碱土金属硼酸盐及氟化硼酸盐合成、结构、性质研究

文献类型:学位论文

作者姜德泉
答辩日期2019-05-26
授予单位中国科学院大学
授予地点中国科学院新疆理化技术研究所
导师潘世烈
关键词硼酸盐 氟化硼酸盐 带隙 晶体结构 碱金属/碱土金属
学位名称硕士
学位专业材料工程
英文摘要

硼酸盐具有丰富的结构类型并在紫外、深紫外光电晶体领域有着较为重要的应用。近些年来,氟化硼酸盐作为硼酸盐中一种新兴的体系受到广泛的关注。氟化硼酸盐不仅具有新颖的微观结构,并且由于F元素的引入有利于合成具有较大带隙的化合物。本论文将研究体系选取为碱金属硼酸盐以及碱金属/碱土金属氟化硼酸盐体系,目的在于合成结构新颖以及具有较大带隙的化合物。在这个体系中先后发现五例化合物: K11RbB28O48、BaBOF3、K0.42Rb2.58B3O3F6、K3B2PO5F4及 Cs3B2PO5F4。另外,对这五例化合物进行了光学性质,热学性质的表征,并通过第一性原理计算探究其结构性能关系。1. 化合物K11RbB28O48通过高温熔液法自发结晶获得K11RbB28O48。K11RbB28O48结晶于P-1空间群,晶胞参数为a = 6.6231(2) ?,b = 11.3213(3) ?,c = 28.7010(9) ?,α = 92.208(2)°,β = 91.584(2)°,γ = 90.200(2)°。该化合物的特点在于,拥有一个新的基本构筑单元(FBB),[B28O57]30-基团。与此同时,该基本构筑单元在ab平面上拓展形成了具有三层结构的[B28O48]12-阴离子基团,这种三层结构的阴离子基团在硼酸盐体系中并不多见。漫反射测试以及第一性原理计算都表明K11RbB28O48拥有较大的带隙。2. 化合物BaBOF3通过真空封装法自发结晶获得BaBOF3。BaBOF3结晶于P21/c空间群,晶胞参数为a = 4.620(19) ?,b = 15.186(6) ?,c = 4.426(18) ?,β = 92.045(4)°。该化合物的特点在于,它是首例既包含了硼酸盐氟化物的结构特点(具有只与金属阳离子相连的F原子)又包含了氟化硼酸盐的结构特点(具有B-F共价键)的含氟硼酸盐。与此同时,该化合物的结构类似于Aurivillius结构,晶体内部结构是由二维[Ba2F2]2+层以及一维[BOF2]-链在b轴相互堆砌而形成的。漫反射测试以及第一性原理计算都表明BaBOF3的截止边达到深紫外区。3. 化合物K0.42Rb2.58B3O3F6、K3B2PO5F4以及Cs3B2PO5F4通过高温熔液法自发结晶获得K0.42Rb2.58B3O3F6、K3B2PO5F4及 Cs3B2PO5F4。K0.42Rb2.58B3O3F6结晶于Pbcn空间群,晶胞参数为a = 10.104(7) ?,b = 12.143(9) ?,c = 7.125(5) ?。K3B2PO5F4结晶于P21/n空间群,晶胞参数为a = 9.863(3) ?,b = 7.1028(18) ?,c = 12.029(3) ?,β = 93.555(3)°。Cs3B2PO5F4结晶于P21/n空间群,晶胞参数为a = 7.3215(13) ?,b = 15.704(3) ?,c = 9.9301(18) ?,β = 100.573(2)°。这三个化合物的特点在于都包含了六元环[B3O3F6]3-或[B2PO5F4]3-阴离子基团,这类具有六元环的阴离子基团类似于六元环[B3O6]3-阴离子基团。通过[BO2F2]3-与[PO4]3-基元来替换[B3O6]3-基团中的[BO3]3-基元,达到了拓宽紫外透光波段的作用。漫反射测试及第一性原理计算表明这三例化合物都具有较宽的带隙。

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源URL[http://ir.xjipc.cas.cn/handle/365002/5984]  
专题新疆理化技术研究所_材料物理与化学研究室
推荐引用方式
GB/T 7714
姜德泉. 碱金属/碱土金属硼酸盐及氟化硼酸盐合成、结构、性质研究[D]. 中国科学院新疆理化技术研究所. 中国科学院大学. 2019.

入库方式: OAI收割

来源:新疆理化技术研究所

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