论文部分内容阅读
探索新晶体材料是晶体领域研究中非常重要的一部分,也是促进新能源研发和实践工作的必然趋势。在众多晶体材料中,硫酸盐晶体是非常重要的一族。本论文采用中热固相法合成出了三种新型硫酸铋碱金属复盐晶体:Na Bi(SO4)2、KBi(SO4)2和Rb Bi(SO4)2,另外,采用水热合成法成功制得新型异双金属混合酸根复盐晶体Bi Cu2(Te O3)(SO4)(OH)3。晶体衍射数据都是在Bruker APEX-II CCD X-射线单晶衍射仪上收集的,运用SHELX-2013软件以直接法解析得到晶体结构。采用循环伏安法、交流阻抗法、充放电法来测试硫酸铋碱金属复盐的电化学性能,还采用了傅立叶红外光谱仪、紫外可见近红外光谱仪对它们的性质进行了表征和分析。本论文的主要研究内容如下:1.Na Bi(SO4)2晶体以单斜空间群P21/c结晶,晶胞参数:a=9.4340(18)?,b=7.0536(13)?,c=9.4489(18)?,β=95.839(3)°,Z=4。沿着[100]方向其晶体结构是由无数个SO4四面体和Bi O8双帽三棱柱连接构成的二维[Bi(SO4)2]-层状结构,Na+位于层与层之间。其中,每一个SO4四面体周围环绕着四个Bi O8双帽三棱柱,SO42-中的一个O同时连接两个Bi原子,其余三个O原子单独各自连接一个Bi原子。2.KBi(SO4)2晶体以单斜空间群C2/c结晶,晶胞参数:a=13.052(2)?,b=5.3577(10)?,c=9.4127(17)?,β=102.031(3)°,Z=4;Rb Bi(SO4)2晶体同样以单斜空间群C2/c结晶,晶胞参数:a=13.501(5)?,b=5.3688(19)?,c=9.467(3)?,β=102.697(6)°,Z=4。它们的结构可以描述为:沿着[100]方向相邻的Bi O8四方反棱柱通过两个SO4四面体连接形成无限的一维[Bi(SO3)2]3+链,平行的链与链之间通过SO4中的O3连接,在[001]方向形成二维的[Bi(SO4)2]-层状结构,层与层之间由K+或Rb+隔开。拉曼和红外光谱很好的证实了晶体结构中存在的S-O振动、O-Bi-O以及晶格振动。紫外可见漫反射光谱测得它们的禁带宽度分别为4.46e V、4.18 e V、4.15 e V。3.Bi Cu2(Te O3)(SO4)(OH)3晶体以单斜空间群P21/n结晶,晶胞参数:a=9.5513(15)?,b=6.3022(10)?,c=13.955(2)?,Z=4,其晶体结构是由两种Cu O6八面体形成的二维层状结构[Cu3O10]14-与扭曲Bi O帽三棱柱,Te O3三角锥,SO4四面体连接而形成的三维隧道框架结构。拉曼和红外光谱很好的证实了晶体结构中存在的Te O32-、SO42-、OH-等基团。紫外可见漫反射光谱测得化合物的禁带宽度为3.85 e V。4.论文首次尝试把硫酸铋碱金属复盐作为电极材料。高频区的交流阻抗图表明硫酸铋碱金属复盐作为电极材料是合适的。在6 M KOH溶液中扫描速率为5 m V/s下,Na Bi(SO4)2,KBi(SO4)2,Rb Bi(SO4)2的比电容分别为260,338,231 F/g。