无机磷酸盐/硼酸盐的合成、结构及光学性能研究

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结构多样的无机磷酸盐/硼酸盐晶体材料,因在荧光、非线性光学、铁电压电等领域具有广泛应用,而引发了人们的大量关注。目前所报道的大部分无机磷酸盐/硼酸盐均采用的是高温固相合成法,寻找温和的实验方法制备具有优异性能的新型无机磷酸盐/硼酸盐晶体材料仍是当前的研究重点。本论文以设计合成新型无机磷酸盐/硼酸盐光学材料为目标,以异金属锡(Ⅱ)磷酸盐、碱金属锗(Ⅳ)磷酸盐及碱土金属硼酸氟化物为研究对象,通过水热、溶剂热、表面活性剂热等温和反应条件,合成了三个系列结构异同的化合物,并利用单晶X射线衍射、粉末X射线衍射(PXRD)、热重(TGA)、傅里叶红外光谱(FT-IR)、紫外-可见-近红外漫反射光谱(UV-Vis-NIR)等对其结构进行表征,通过固态荧光及倍频效应(SHG效应)测试对其光学性能进行报道,本论文的研究成果如下:(1)以Sn2+离子为研究对象,利用水热和溶剂热法制备了两种异金属锡(Ⅱ)磷酸盐晶体材料,Sn2Ge(PO42(OH)2(1)和Sn2Mn(PO42(2)。化合物1是由[Ge(PO44(OH)2]?一维链通过Sn-O键互相连接而形成的三维结构,而化合物2则由bc平面的二维[Sn2O2(PO42]?层通过MnO6八面体互相连接形成的三维结构,化合物2在30-800°C范围内几乎没有热损失,证明化合物2的热稳定性良好,固态荧光测试表明化合物1在紫外光激发下发绿光,化合物2在紫外光激发下发蓝光。(2)以RbBr、Cs Br为碱金属源,利用溶剂热法制备了两种低维结构的碱金属锗(Ⅳ)磷酸盐晶体材料,Rb3Ge2(HPO45(H2PO4)(3)和CsGe(HPO42(OH)(4)。化合物3是由GeO6八面体与六个PO4四面体通过共边形成的沿c轴方向生长的一维链[Ge(HPO46],Rb+离子填充于链与链之间;化合物4则是由Ge(HPO44(OH)2八面体通过彼此共边形成的沿b轴与c轴夹角45°方向生长的一维链[Ge(HPO44(OH)2],Cs+离子填充于链与链之间,化合物3在200 nm处的漫反射光谱反射率为64%,化合物4在200 nm处的漫反射光谱反射率为84%,3和4的实验带隙分别是4.66 eV和5.93 eV,证明3和4是两个宽带隙半导体化合物,相应的吸收截止边分别为266 nm和209 nm。(3)以Ba(NO32为碱土金属源,利用表面活性剂热法制备了一种碱土金属硼酸氟化物,Ba[BO(OH)2]F(5),化合物5是由[Ba(BO(OH)2)]单层通过桥连F原子所形成的双层结构,化合物5在200 nm处的漫反射光谱反射率为62%,该化合物的实验带隙为5.35 eV,SHG效应测试表明化合物5在1064 nm的激光下能实现I类相位匹配,当晶体尺寸为105–150μm时,化合物5的SHG效应约为KH2PO4(KDP)晶体的0.8倍,即化合物5可潜在应用于紫外非线性光学领域。
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