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本文回顾了硼酸盐,磷酸盐和钼酸盐相关的无机化合物的研究现状,从结构和性能等方面进行了总结,并提出了在无机硼酸盐、磷酸盐、钼酸盐体系中探索新型功能晶体的研究目标。本文采用高温固相法,共制备了18个化合物的单晶,采用单晶衍射法测定了它们的晶体结构,并测定了其中一些化合物的红外,紫外或荧光光谱性质。此外,利用CASTEP程序计算了它们的能带结构以及光学性质。主要研究内容包括:
⑴两个硼磷酸盐:KMBP2O8(M=Sr,Ba)。两个新型的无水硼磷酸盐,即KMBP2O8(M=Sr,Ba),是采用高温固相熔融法合成的。采用X射线单晶衍射法测定了它们的结构,结果显示,它们的空间群为无心对称空间群I-42d,具有三维的类似金刚石的框架结构。采用Kurtz和Perry的技术测试了它们的粉末倍频效应,结果显示它们都是相位匹配的,而SHG系数分别为1/5倍和1/3倍的KDP。
⑵两个硼钼酸盐:LnMoBO6(Ln=La,Ce)。两个硼钼酸盐化合物,即LnMoBO6(Ln=La,Ce)的结构通过X射线单晶衍射法进行了测定,并采用元素分析、光谱测试以及量化计算(DFT方法)对它们的相关性质进行了表征。结果显示,它们的空间群为单斜晶系P21/c,二者的结构类似,均由[Ln2(MoO4)2]2+链和[BO2]-链构成。量化计算结果表明,LaMoBO6是一种直接带隙的绝缘体。
⑶十个磷酸盐:AM(PO4)2(A=Sr,M=Ti;A=Sr,Ba,M=Sn),LiM(PO3)4(M=Y,Dy),K2AlTi(PO4)3,NaGe2P3O12,Cs2GeP4O13 and ASn2(PO4)3(A=K,Rb)。BaSn(PO4)2的结构属于一种斜钾铁矾的结构,空间群为C2/m;SrM(PO4)2(M=Ti,Sn)的结构则是一种稍有扭曲的斜钾铁矾结构。使用DFT方法进行能带计算结果表明BaSn(PO4)2,SrTi(PO4)2,SrSn(PO4)2均为接近直接带隙的绝缘体。两个化合物LiM(PO3)4(M=Y,Dy)属于单斜晶系C2/c空间群,每个晶胞中含4个分子,其结构由M-Li链和PO4链相互连接而成。晶体K2AlTi(PO4)3是由化合物K2CO3,Al2O3,TiO2,NH4H2PO4在1000℃高温下的反应得到,它具有无水钾镁矾(K2Mg2(SO4)3)的结构类型,空间群为P213。化合物NaGe2P3O12和ASn2(PO4)3(A=K,Rb)都属于Nasicon类型的结构,空间群为R-3,而Cs2GeP4O13是P-1的空间群结构。化合物NaGe2P3O12和Cs2GeP4O13的量化计算结果表明他们二者都是绝缘体,带隙分别为3.529和3.888 eV。
⑷四个稀土钼酸盐:Nd2Mo4O15,KPr(MoO4)2,Na5Ln(MO4)2(M=Gd,Er)。四钼酸钕Nd2Mo4O15是通过高温固相法合成,它的结构为三斜晶系P-1空间群,每个晶胞中含有两个分子。其它三个化稀土钼酸盐KPr(MoO4)2,Na5Ln(MO4)2(M=Gd,Er)都是白钨矿(CaWO4)的结构类型,我们对它们的结构进行了单晶衍射测定,还在室温条件下测试了它们的光学性质。