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金属亚硒及亚碲酸盐,因含有一对立体活性的孤对电子,在磁性、荧光以及二阶非线性光学材料等方面具有巨大的应用前景,因此引起了人们广泛的研究兴趣。孤对电子使得Se+和Te4+具有不对称的配位环境,从而导致金属亚硒及亚碲酸盐呈现丰富的结构化学,且易形成非中心对称的结构或极性结构,他们通常具有优异的物理性能,如铁电、压电、二阶非线性光学性能等。本论文通过水热合成法合成了20个含d0过渡金属或卤素的结构新颖的金属亚硒(碲)酸盐化合物,利用X-射线单晶衍射方法确定了它们的结构,结合红外光谱、X-射线粉末衍射以及EDS能谱等进一步印证这些化合物的组成和结构。同时对这些化合物的热稳定性、磁性、荧光或二阶非线性光学性质进行了研究。
第一章介绍了目前无机金属亚硒及亚碲酸盐的研究现状。按其化学组成分为四大类。
第二章为实验部分和理论计算方法,详细介绍了本工作所需的各种试剂和仪器,采用的合成方法以及本工作中所使用的理论计算方法。
在第三章中,我们主要对Ae-VⅤ-SeⅣ(TeⅣ)-O,TM-MoⅥ-SeⅣ-O和Ln-MoⅥ-SeⅣ-O三个体系进行系统研究。首先,我们在碱土金属-VⅤ-SeⅣ口(TeⅣ)-O体系中成功合成了六例结构新颖的化合物:Sr2(VO)3(SeO3)5(1),Sr(V2O5)(TeO3)(2),Sr2(V2O5)2(TeO3)2(H2O)(3),Ba3(VO2)2(SeO3)4(4),Ba2(VO3)Te4O9(OH)(5)和Ba2V2O5(Te2O6)(6)。它们具有六种不同的结构,包含多种类型的阴离子结构,有零维的[(VO2)(SeO3)2]3-阴离子单元,一维的[(V2O5)(TeO3)]2-,[(VO3)Te4O9(OH)]4-和[V2O5(Te2O6)]4-链,二维的[(V2O5)2(TeO3)2]4-层,三维的[(VO)3(SeO3)5]4-框架。在这些化合物中,钒离子可以四配位、五配位甚至八面体配位,这些配位多面体之间相互链接形成多聚或无限的结构单元,极大的丰富了化合物的结构。其中,化合物1中的钒是+4价,是由于在制备的过程中V2O5被还原得到的。用VO2作原料也可以得到。
我们成功地将钼酸根引入到TM-SeⅣ/TeⅣ-O体系中,合成了四例化合物:Mn(MoO3)(SeO3)(H2O)(7),Co(MoO3)(SeO3)(H2O)(8),Fe2(Mo2O7)(SeO3)2(H2O)(9),Cu2(MoO4)(SeO3)(10)。在这些化合物中,鉬氧多面体存在两种构型:八面体或四面体。其八面体或四面体也可以以不同方式连接,形成一维链或二聚体。磁性研究表明,这些化合物的磁性中心之间存在反铁磁作用。化合物7具有非中心对称的结构并具有中等强度的倍频效应(3×KDP)。
我们在对Ln-MoⅥ-SeⅣ-O体系的研究中,得到了五例富MoⅥ(Mo/Se>1)的化合物:H3Ln4Mo9.5O32(SeO3)4(H2O)2(Ln=La11,Nd12),Ln2Mo3O10(SeO3)2(H2O)(Ln=Eu13,Dy14,Er15)。在这些化合物中,MoO6八面体通过共边和共顶点连接成一维的链。由于MoⅥ的含量不同和稀土离子的“镧系收缩”效应,使它们表现出两种不同的结构。在室温和10K下的荧光测试表明,化合物12在近红外区域有很强的发光,化合物13则发射很强的红光,荧光寿命为0.57ms。
在第四章中,我们的将卤素(Cl,Br,I)引入到亚硒(碲)酸铅中,得到五例结构新颖的化合物:Pb3(TeO3)Cl4(16),Pb3(SeO3)2Br2(17),Pb2Cd3(SeO3)4I2(18),Pb2Pd(QO3)2Cl2(Q=Se19,Te20)。在这些化合物中,卤素只与pbⅡ原子配位。pbⅡ与卤素和氧原子配位,呈现出多种不同的配位模式;这些不同的铅卤氧多面体相互作用,形成了不同的骨架结构。