含碱金属及Zn(Cd)的新型硼酸盐晶体的探索合成与结构性质研究

来源 :北京工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:LIUANQING5201314
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本论文以探索合成新型硼酸盐晶体材料为目的,采用高温溶液法生长出三种含有碱金属以及Zn(Cd)的硼酸盐晶体:Na4Cd2Zn4B10O23和LiMBO3(M=Zn,Cd)。利用Rigaku AFC7R X-射线四圆衍射仪对得到的单晶进行了X-射线衍射数据收集,运用SHELX-97软件以直接法对晶体结构进行了解析,并通过红外吸收光谱、紫外-可见漫反射吸收光谱、固态荧光光谱等测试方法对其进行了光学性质表征。此外,还计算了LiMBO3(M=Zn,Cd)的电子结构。  Na4Cd2Zn4B10O23的合成以CdO,ZnO,B2O3和Na2B4O7.H2O为原料,按Cd∶Zn∶Na∶B=1∶3∶4∶10的配比烧制晶体,再以0.5~5℃/h的速率从680℃缓慢降温至300℃,制得Na4Cd2Zn4B10O23晶体。单晶X射线结构分析表明其代表了一种新的结构类型,该化合物属于P63/m(No.176)空间群,晶胞参数为:a=4.9894(4)(A),c=19.8581(17)(A),V=428.12(6)(A)3,Z=1。其晶体结构中包含两种层状结构:一种是2∞[CdZn2B2O8]4-二维层,它由CdO6八面体,ZnO4四面体和BO3三角形构成;另一种是2∞[B3O5]4-二维层,完全由BO4四面体构成。这两种层状结构交替地沿c轴方向堆叠形成三维网状结构,其中的开放孔道被Na+离子占据。紫外-可见漫反射吸收光谱测试得到其光学能隙值约为3.18eV。  LiZnBO3和LiCdBO3采用与Na4Cd2Zn4B10O23相同的方法在750℃制得。利用单晶X射线结构分析法表征了它们的晶体结构。其中,LiZnBO3属于P(1)(No.2)空间群,晶胞参数为:a=5.0559(15)(A),b=6.097(2)(A),c=8.0359(18)(A),α=75.75(2)°,β=89.86(2)°,γ=89.79(3)°,Z=4;LiCdBO3属于P21/c(No.14)空间群,晶胞参数:a=10.4159(14)(A),b=9.005(2)(A),c=10.756(2)(A),β=92.521(13)°,Z=16。LiZnBO3的晶体结构是由共边的ZnO5三角双锥被ZnO4四面体桥接构成一维链,BO3三角形连接这些一维链聚合成三维网络结构。LiCdBO3也是三维网状结构,其结构是由共边的CdO5三角双锥与BO3三角形组合而成。这两个三维网络中都存在一维开放孔道,它们被Li+离子占据。紫外-可见漫反射吸收光谱测试得到LiZnBO3和LiCdBO3的光学能隙值分别为3.10eV和4.28eV。固态荧光发射光谱测试显示LiZnBO3和LiCdBO3的发射峰位分别位于542nm和412nm。以密度泛函理论为基础的能带结构计算表明这两种物质都是直接能隙绝缘体。
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